Đồ án xây dựng công trình ngầm: Thiết kế thi công đường hầm ở độ sâu 275m
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.41 MB, 72 trang )
Đồ án môn học
Xây dựng CTN bằng phương pháp ngầm
MỞ ĐẦU
Công trình ngầm là công trình được xây dựng trong lòng vỏ quả đất, hay dưới mặt
đất; chúng liên kết trực tiếp với khối đất, đá vây quanh. Các công trình ngầm (không kể các
công trình ngầm trong ngành mỏ) được xây dựng cho những mục đích khác nhau, hoặc hình
thành do những yêu cầu của thực tế:
-
Sử dụng quỹ đất ngầm, không gian ngầm nhằm tiết kiệm quỹ đất trên mặt đất.
Giải quyết vấn đề giao thông, phòng vệ, sinh hoạt, thương mại trong thành phố.
Vượt sông, biển, đồi núi, vật cản cần bảo vệ duy trì.
Các kho tàng, bến bãi ngầm, nhà xưởng ngầm.
Nhà máy thủy điện ngầm,…
Sau khi học xong môn Xây dựng Công trình ngầm Giao thông - Đô thị. Chúng em đã
có đủ kiến thức để thiết kế thi công các đường hầm phục vụ cho các mục đích như giao
thông, khai thác mỏ, thông gió,….
Để làm quen với công việc thực tế của một kỹ sư tương lai, chúng em được giao đề
tài:
Đề bài:
Thiết kế thi công đường hầm ở độ sâu 275m với các thông số như sau:
-
Đường hầm đào từ cửa hầm theo hướng dốc lên, độ dốc 5‰.
Đường hầm hình vòm 1 tâm tường thẳng với kích thước tiết diện ngang sử dụng
-
(bên trong vỏ chống): bán kính vòm R = 4,5m và chiều cao tường H = 3,3m.
Khoảng cách từ gương tới cửa hầm L = 650m, từ cửa hầm tới bãi thải 750m.
Phá vỡ đất đá bằng phương pháp nổ mìn tạo biên, thuốc nổ P3151 (hoặc P113),
-
kíp vi sai phi điện.
Kết cấu chống cố định: vỏ BTCT liền khối dày 21cm M300.
Đường hầm đào qua đá có hệ số kiên cố f = 9, RQD = 85, RMR = 80, = 2,56
T/m3, lưu lượng nước Q = 9,5 m 3/ngày-đêm. Tốc độ đào theo yêu cầu v = 105
m/tháng; tốc độ đổ vỏ bê tông 90 m/tháng.
Sau một thời gian tìm hiểu, em đã hoàn thành bản đồ án môn học này. Do kiến thức
còn hạn chế nên không tránh khỏi sai sót. Rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các
bạn.
1221070282-Trần Tiến Tùng
1
Lớp XD CTN K57-Nhóm 08
Đồ án môn học
Xây dựng CTN bằng phương pháp ngầm
Cuối cùng em xin cảm ơn thầy giáo TS. Đặng Trung Thành đã hướng dẫn em hoàn
thành đồ án này.
Hà Nội, ngày…..tháng…..năm 2016
Sinh viên
MỤC LỤC
1221070282-Trần Tiến Tùng
2
Lớp XD CTN K57-Nhóm 08
Đồ án môn học
Xây dựng CTN bằng phương pháp ngầm
PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH NGẦM CẦN THI CÔNG
CHƯƠNG I: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG
1.1. Thông số và yêu cầu thiết kế công trình ngầm cần thi công
Thiết kế thi công đường hầm ở độ sâu 275m với các thông số và yêu cầu:
1221070282-Trần Tiến Tùng
3
Lớp XD CTN K57-Nhóm 08
Đồ án môn học
Xây dựng CTN bằng phương pháp ngầm
-
Đường hầm đào từ cửa hầm theo hướng dốc lên, độ dốc 5‰.
Đường hầm hình vòm 1 tâm tường thẳng với kích thước tiết diện ngang sử dụng
-
(bên trong vỏ chống): bán kính vòm R = 4,5m và chiều cao tường H = 3,3m.
Khoảng cách từ gương tới cửa hầm L = 650m, từ cửa hầm tới bãi thải 750m.
Phá vỡ đất đá bằng phương pháp nổ mìn tạo biên, thuốc nổ P3151 (hoặc P113),
-
kíp vi sai phi điện.
Kết cấu chống cố định: vỏ BTCT liền khối dày 21cm M300.
Đường hầm đào qua đá có hệ số kiên cố f = 9, RQD = 85, RMR = 80, = 2,56
T/m3, lưu lượng nước Q = 9,5 m 3/ngày-đêm. Tốc độ đào theo yêu cầu v = 105
m/tháng; tốc độ đổ vỏ bê tông 90 m/tháng.
1.2. Yêu cầu nội dung
a) Lựa chọn sơ đồ công nghệ thi công, thiết bị thi công.
b) Đánh giá mức độ ổn định không chống của đường hầm, từ đó làm cơ sở lựa chọn cho
sơ đồ đào và tổ chức thi công đào và chống tạm, chọn chiều dài tiến gương hợp lý;
Lựa chọn sơ bộ kết cấu chống tạm theo chỉ dẫn của Bieniawski (RMR) hoặc các chỉ
dẫn khác; tính toán kết cấu chống tạm bằng giải tích; từ đó so sánh và lựa chọn biện
pháp chống tạm thích hợp.
c) Thiếu kế hộ chiếu, tổ chức thi công khoan nổ mìn phá vỡ đất đá.
d) Tính toán các công tác phụ phục vụ thi công: xúc bốc, vận tải, thông gió, cấp nước,
e)
f)
g)
h)
thoát nước.
Tổ chức thi công kết cấu chống tạm.
Tổ chức thi công kết cấu chống cố định.
Lập biểu đồ tổ chức chu kỳ đào-chống tạm, chống cố định.
Lập dự toán đào chống tạm và chống cố định 1m đường hầm.
1.3. Điều kiện địa cơ học khu vực bố trí công trình
- Đường hầm đào trong đá có hệ số kiên cố f = 9, RQD = 85, RMR = 80, = 2,56
T/m3, lưu lượng nước Q = 9,5 m 3/ngày-đêm. Tốc độ đào theo yêu cầu v = 105 m/tháng; tốc
độ đổ vỏ bê tông 90 m/tháng.
1.4. Hình dạng, kích thước và tiết diện ngang của công trình cần thi công
• Hình dạng của đường hầm:
- Đường hầm cần thi công có dạng hình vòm một tâm tường thẳng.
• Kích thước sử dụng của đường hầm:
1221070282-Trần Tiến Tùng
4
Lớp XD CTN K57-Nhóm 08
Đồ án môn học
Xây dựng CTN bằng phương pháp ngầm
- Chiều cao tường Ht = 3,3m;
- Bán kính của vòm: R = 4,5m;
- Chiều rộng hầm B = 9m;
- Diện tích sử dụng của hầm:
Ssd = = = 61,509 (m2)
• Kích thước đào của đường hầm: Lựa chọn sơ bộ ban đầu
- Chiều cao tường Ht = 3,3m;
- Chiều rộng của công trình khi khai đào:
Bd = B + 2.dt + 2.dcd + 2.∆; m
Trong đó: B - là chiều rộng đường hầm
dt - là chiều dày vỏ chống bê tông phun, chọn bằng 5 cm;
dcd - là chiều dày vỏ chống cố định, dcd = 31 cm;
∆ - là chuyển vị của đường hầm; chọn bằng 5 cm;
=> Bd = 9 + 2.0,05 + 2.0,31 + 2.0,05 = 9,82 (m)
- Bán kính vòm:
Rv = R + dt + dcd + ∆ = 4,5 + 0,05 + 0,31 + 0,05 = 4,91 (m)
- Diện tích đào ra:
Sd = = + 3,3 . 9,82 = 70,275 (m2)
1221070282-Trần Tiến Tùng
5
Lớp XD CTN K57-Nhóm 08
Đồ án môn học
Xây dựng CTN bằng phương pháp ngầm
Hình 1.1. Tiết diện ngang của đường hầm
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN KẾT CẤU CHỐNG CÔNG TRÌNH NGẦM
2.1. Đánh giá mức độ ổn định không chống của công trình ngầm
2.1.1. Đánh giá theo phương pháp phân loại khối đá của Deer ( RQD):
Theo phương pháp này, RQD là chỉ tiêu được xác định bằng tỉ số giữa tổng chiều dài
của các thỏi khoan 100 mm trong lỗ khoan với chiều dài của lỗ khoan đó.
RQD = .100 ; %
Trong đó: li – chiều dài của các thỏi khoan 100 mm
L – chiều dài lỗ khoan, mm
Bảng 2.1. Mối liên hệ giữa giá trị RQD và chất lượng khối đá ( Deere, 1968)
1221070282-Trần Tiến Tùng
6
Lớp XD CTN K57-Nhóm 08
Đồ án môn học
Xây dựng CTN bằng phương pháp ngầm
RQD (%)
< 25
25 - 50
50 - 75
75 - 90
90 - 100
Chất lượng khối đá
Rất xấu
Xấu
Trung bình
Tốt
Rất tốt
=> Với RQD = 85 thì công trình ngầm được đào qua khối đá rất tốt, cứng vững.
2.1.2. Đánh giá theo phương pháp phân loại khối đá của Bienawski (RMR)
Theo quan điểm của Bieniawski, ông phân loại khối đá theo RMR (Rock Mass
Rating) có chú ý tới 6 điểm khác nhau trong khối đá và được xác định bằng công thức thực
nghiệm:
RMR = I1 + I2 + I3 + I4 + I5 + I6
Trong đó:
I1 - tham số xét đến độ bền nén đơn trục của khối đá;
I2 - tham số thể hiện lượng thu hồi lõi khoan RQD;
I3 - tham số thể hiện khoảng cách giữa các khe nứt;
I4 - tham số thể hiện trạng thái của các khe nứt;
I5 - tham số thể hiện điều kiện ngậm nước của đá;
I6 - tham số thể hiện mối tương quan giữa thế nằm và hướng của đá.
Bảng 2.2. Đặc trưng của 6 tham số điểm theo Bienawski
Tham số
1
2
Độ
bền
của
đá
Chỉ số nén
điểm ISRM
(1972)
Độ bền nén
đơn trục
I1
Trị số RQD
I2
1221070282-Trần Tiến Tùng
Trị số điểm
>8
MN/m2
3-8
MN/m2
1-3
MN/m2
1-2
MN/m2
>200
MN/m2
15
90-100%
20
100-200
MN/m2
12
75-90%
17
50-100
MN/m2
7
50-75%
13
25-50
MN/m2
4
25-50%
8
7
Ở phạm vi
này nên sử
dụng độ bền
nén
10-25, 3-10,
1-3
210
<25%
3
Lớp XD CTN K57-Nhóm 08
Đồ án môn học
3
4
5
Xây dựng CTN bằng phương pháp ngầm
Khoảng cách khe nứt
>3m
1-3 m
0,3-1 m
I3
30
25
20
Trạng thái khe nứt
Bề mặt
rất nhám
không
xuyên
suốt,
không
chất lấp
nhét
Bề mặt n
hám nhẹ,
cứng, độ
mở
< 1mm
Bề mặt
nhám
nhẹ,
mềm, độ
mở 1mm
25
20
12
50-300
mm
10
Bề mặt
nhám
trơn, độ
mở 11,5mm có
lấp nhét,
khe nứt
xuyên
suốt
6
Không có nước chảy
<25
l/phút
25-125
l/phút
>125
l/phút
Không
0,0-0,2
0,2-0, 5
> 0,5
Hoàn toàn khô ráo
Ẩm ướt
10
7
Tương
đối tốt
Nước với
áp lực
nhỏ
4
Không
thuận lợi
Nước
ngầm
I4
Chảy vào
10m đường
hầm
Áp lực
nước/ứng
suất lớn nhất
Trạng thái
chung
6
I5
Góc dốc và đường
phương khe nứt
Đường hầm
tuynel
I6
Nền móng
Mái dốc
1221070282-Trần Tiến Tùng
< 50 mm
5
Chất lấp
nhét mềm
có độ mở
> 5mm, khe
nứt xuyên
suốt
0
Xử lý nước
khó khăn
0
Rất không
thuận lợi
Rất thuận
lợi
Thuận lợi
0
-2
-9
-10
-12
0
0
-2
-5
-7
-25
-15
-50
-25
-60
8
Lớp XD CTN K57-Nhóm 08
Đồ án môn học
Xây dựng CTN bằng phương pháp ngầm
Hình 2.1. Mối liên hệ giữa giá trị RMR với thời gian ổn định không chống
Hình 2.2. Sơ đồ lựa chọn loại hình kết cấu chống hợp lý cho công trình ngầm theo
Cumming & Kendorski, 1982
1221070282-Trần Tiến Tùng
9
Lớp XD CTN K57-Nhóm 08
Đồ án môn học
Xây dựng CTN bằng phương pháp ngầm
Bảng 2.3. Hướng dẫn cho việc đào hầm và kết cấu chống giữ cho đường hầm trong đá chiều
rộng 10m, với hệ thống phân loại RMR (Bienawski, 1989)
Loại khối đá
Khai đào
I - Rất tốt
RMR: 80 - 100
Toàn gương, tiến
độ 3m
II – Tốt
RMR: 61 - 80
Toàn gương, tiến
độ 1 – 1,5m.
Chống cố định
sau 20m
III - Đá trung
bình
RMR: 41- 60
IV - Đá yếu
RMR: 21 - 40
V - Đá rất yếu
RMR: < 20
Đào tiến trước
và hạ bậc, tiến
độ 1,5 – 3m trên
nóc. Bắt đầu
chống giữ sau
khi nổ mìn.
Chống cố định
sau 10m
Nóc tiến trước
và hạ bậc, tiến
độ nóc 1-1,5m.
Lắp đặt kết cấu
chống cùng với
khai đào, 10m
sau gương
Các lò thăm dò
tiến độ nóc 0,51,5m. Lắp đặt
kết cấu chống
cùng quá trình
khai đào, 10m
sau gương đào
Các neo
(đường kính
Các khung
Bê tông phun
20mm, phụt
thép
đầy vữa)
Thông thường không cần chống giữ một số trường
hợp có neo điểm
Neo điểm, các
neo trên nóc dài
50mm ở vòm
3m, khoảng
nơi được yêu
Không
cách 2,5m thỉnh
cầu
thoảng có thêm
lưới thép
Hệ thống neo
dài 4m, khoảng
cách 1,5-2m ở
nóc và hai bên
tường với lưới
thép ở nóc
Hệ thống neo
dào 4-5m,
khoảng cách
neo 1-1,5m ở n
óc và hay bên
tường với lưới
thép
Hệ thống neo
dài 5-6m,
khoảng cách
neo 1-1,5m ở
nóc và hai bên
tường với lưới
thép. Có neo
vòm ngược
50 – 100mm
trên nóc và
30mm ở hai bên
tường
Không
100-150mm ở
nóc và 100mm
ở hai bên tường
Các khung thép
nhẹ đến trung
bình khoảng
cách 1,5m tùy
theo yêu cầu
150-200mm ở
trên nóc,
150mm ở bên
tường và 50mm
trên bề mặt
gương
Các khung thép
từ trung bình
đến nặng
khoảng cách
0,75m, có vòm
ngược
=> Với RMR = 80, chiều rộng công trình B = 9m thì công trình ngầm nằm trong lớp đất đá
tốt. Với thời gian ổn định không chống vào khoảng giờ. Có thể sử dụng kết cấu chống tạm
bằng neo đơn chiếc kết hợp với bê tông phun.
1221070282-Trần Tiến Tùng
10
Lớp XD CTN K57-Nhóm 08
Đồ án môn học
Xây dựng CTN bằng phương pháp ngầm
2.1.3. Phân tích sự ổn định của đường hầm cần thi công theo phương pháp phần tử
hữu hạn bằng phần mềm Phase2
Phase2 là phần mềm được viết trên cơ sở phương pháp phần tử hữu hạn, có thể sử
dụng để phân tích ổn định (ứng suất, biến dạng, hệ số an toàn,….) của công trình ngầm thi
công trong khối đấy đá, các công trình thi côn trên bề mặt khối đất đá như các mỏ lộ thiên,
các bờ dốc,….
Việc sử dụng phần mềm Phase2 trong đồ án này nhằm mục đích phân tích sự ổn định
của đường hầm chưa lắp kết cấu chống sau khi đào. Từ đó lựa chọn sơ đồ đào phá đất đá
trên gương một cách hợp lý để nâng cao năng suất, giảm thời gian chết, giảm thời gian chu
kỳ thi công,….
Đầu tiên ta xác định các tham số của khối đá bằng chương trình RocLab dựa trên cơ
sở tiêu chuẩn phá hủy Hoek-Brown. Kết quả của RocLab sẽ làm dữ liệu đầu vào cho các
phần mềm khác.
Hình 2.3. Các thông số cơ học của khối đá bằng chương trình RocLab
Ta thiết lập mô hình cho đường hầm trong phần mềm Phase2 như sau:
1221070282-Trần Tiến Tùng
11
Lớp XD CTN K57-Nhóm 08
Đồ án môn học
Xây dựng CTN bằng phương pháp ngầm
Hình 2.4. Mô hình bài toán trong Phase2 theo giả thuyết
Nhập dữ liệu cho khối đá xung quanh công trình ngầm thông qua kết quả RocLab đã
chạy ban đầu như sau:
Hình 2.5. Nhập tham số tính toán qua kết quả phần mềm RocLab vào trong Phase 2
1221070282-Trần Tiến Tùng
12
Lớp XD CTN K57-Nhóm 08
Đồ án môn học
Xây dựng CTN bằng phương pháp ngầm
Sau khi thiết lập mô hình và đưa các tham số phân tích vào trong mô hình, tiến hành
chạy bằng chương trình để rút ra kết quả phân tích cho đường hầm chưa được chống giữ.
Kết quả sau khi rút ra như sau:
Hình 2.6. Kết quả sự phân bố ứng suất xung quanh đường hầm khi chưa có kết cấu chống
Hình 2.7. Kết quả sự phân bố ứng suất xung quanh đường hầm khi chưa có kết cấu chống
1221070282-Trần Tiến Tùng
13
Lớp XD CTN K57-Nhóm 08
Đồ án môn học
Xây dựng CTN bằng phương pháp ngầm
Hình 2.8. Kết quả chuyển vị ngang của đường hầm
Hình 2.9. Kết quả chuyển vị thẳng đứng của đường hầm
=> Với các kết quả như trên, ta thấy sự phân bố ứng suất và có giá trị tương đối nhỏ,
chuyển vị ngang và thẳng đứng sau khi đào đường hầm rất nhỏ, giá trị lớn nhất của chuyển
vị ngang là 5 mm và chuyển vị thẳng đứng là 6 mm. Do vậy đường hầm tương đối ổn định
1221070282-Trần Tiến Tùng
14
Lớp XD CTN K57-Nhóm 08
Đồ án môn học
Xây dựng CTN bằng phương pháp ngầm
sau khi đào và có thể đào toàn tiết diện nếu có các trang thiết bị thi công có thể thi công
được đường hầm.
2.2. Tính toán kết cấu chống tạm cho công trình
Vì đường hầm đào qua đất đá tương đối cứng vững, tuy nhiên nó vẫn tồn tại các khe
nứt, vi khe nứt. Sau khi nổ mìn thì rất có thể vi khe nứt sẽ trở thành khe nứt, các khe nứt trở
thành hệ khe nứt sẽ tạo thành các khối nêm trượt lở vào công trình ngầm. Để xác định vị trí
và thông số của khối nêm một cách chính xác nhất, trong đồ án này em xin phép sử dụng
phần mềm Unwedge. Đây là phần mềm sử dụng để phân tích các khối nêm xung quanh các
công trình ngầm đào trong đá cứng, với giả thiết các hệ khe nứt liên tục và ứng suất không
gây ra phá hủy. Giả thiết sự dịch chuyển chỉ xảy ra trên các mặt khe nứt và sự dịch chuyển
của các khối nêm được coi như cứng, không có biến dạng hoặc phá hủy bên trong khối nêm.
Đầu tiên, ta thiết lập mô hình tính toán cho đường hầm bằng phần mềm Unwedge như
sau:
Hình 2.10. Mô hình bài toán trong Unwedge theo giả thiết
Tiếp theo ta nhập các tham số của khối đá xung quanh công trình ngầm bằng kết quả
của phần mềm RocLab đã có ở trên cho phần mềm Unwedge như sau:
1221070282-Trần Tiến Tùng
15
Lớp XD CTN K57-Nhóm 08
Đồ án môn học
Xây dựng CTN bằng phương pháp ngầm
Hình 2.11. Tham số của các khe nứt
Hình 2.12. Mô phỏng góc dốc và phương vị của khe nứt
Sau đó chạy phần mềm xuất ra kết quả hình thành các khối nêm có khả năng trượt lở
vào công trình ngầm như sau:
1221070282-Trần Tiến Tùng
16
Lớp XD CTN K57-Nhóm 08
Đồ án môn học
Xây dựng CTN bằng phương pháp ngầm
Hình 2.13. Các khối nêm xung quanh đường hầm
Hình 2.14. Thông số từng khối nêm
Ta nhận thấy từ kết quả trên, các khối nêm số 1, 3, 6, 7 đều đã ổn định ( FS > 1,5).
Tuy nhiên khối nêm số 8 ở phía nóc có hệ số FS = 1,289 < 1,5 nên có nguy cơ trượt lở vào
công trình ngầm. Do vậy ta sẽ thiết kế gia cố bằng neo theo nguyên lý treo chốt để giữ ổn
định cho khối nêm này.
1221070282-Trần Tiến Tùng
17
Lớp XD CTN K57-Nhóm 08
Đồ án môn học
Xây dựng CTN bằng phương pháp ngầm
Giả sử các khối nêm hình thành dọc trên suốt chiều dài thi công của đường hầm. Khi
đó sẽ hình thành một lăng trụ sập lở ở nóc đường hầm. Ta có sơ đồ mô phỏng các mặt cắt
của khối lăng trụ như sau:
Hình 2.15. Mặt cắt ngang đường hầm với các khối lăng trụ sập lở
Ta thấy bề rộng cung chính là chiều rộng của khối nêm số 8. Chiều dài cung được
tính bằng công thức: = ; m
Trong đó: Rv - bán kính đường hầm; Rv = 4,91 m
n - góc của cung cần tính; n = 102o
= = = 8,74 (m)
2.2.1. Tính toán kết cấu chống bằng vì neo
Ta tính toán kết cấu chống vì neo theo nguyên lý treo chốt. Các thông số về neo và bê
tông dính kết được chọn như sau:
Bảng 2.4. Thông số kỹ thuật của neo và bê tông dính kết
ST
T
Đặc tính
1221070282-Trần Tiến Tùng
Ký hiệu
18
Đơn vị
Số lượng
Lớp XD CTN K57-Nhóm 08
Đồ án môn học
1
2
3
4
5
6
Xây dựng CTN bằng phương pháp ngầm
Loại thép
Đường kính
Cường độ chịu kéo tính toán
Diện tích tiết diện ngang cốt thép
Đường kính lỗ khoan neo
Bê tông dính kết
2.2.1.1. Tính toán chiều dài neo
AIII
da
Ra
Fa
dneo
mm
kG/cm2
cm2
mm
Có gờ xoắn
20
3600
3,14
45
M300
Chiều dài neo được tính toán theo neo chính giữa khối nêm số 8. Do vậy chiều dài
neo được xác định bằng công thức:
lneo = lnêm + lz + lk; m
Trong đó: lnêm - Chiều cao khối nêm số 8; lnêm = 1,8 m
lz - Chiều dài neo cắm vào đất đá cứng vững;
Ta có lz được tính bằng công thức: lz = ; m
Với da - là đường kính cốt thép làm neo; da = 0,02 m
- Lực dính kết giữa neo và bê tông dính kết, với bê tông M300 và cốt thép
làm neo 20 có gờ xoắn thì = 350 (T/cm2)
N - Khả năng mang tải của neo được tính bằng công thức:
N = = = 11,310 (T)
=> lz = = = 51 (cm) = 0,51 (m)
lk - Chiều dài khóa neo, lk = 10 cm = 0,1 (m)
Chiều dài neo bằng: lneo = lnêm + lz + lk = 1,8 + 0,51 + 0,1 = 2,41 (m)
=> Chọn chiều dài neo lneo = 2,5 m
2.2.1.2. Khả năng mang tải của neo
a, Tính toán khả năng mang tải của cốt neo từ các điều kiện bền và phá hủy
P1 = ; T
Trong đó: Fa, Ra - là tiết diện ngang và cường độ chịu kéo tính toán của cốt neo.
1221070282-Trần Tiến Tùng
19
Lớp XD CTN K57-Nhóm 08
Đồ án môn học
Xây dựng CTN bằng phương pháp ngầm
m - hệ số điều kiện làm việc của cốt neo, lấy m = 0,9.
=> P1 = 3,14 * 3600 * 0,9 = 10,179 (T)
b, Tính toán khả năng mang tải của neo từ điều kiện bền gia cố của chúng trong bê
tông hay vữa chất dẻo
P2 = ; T
Trong đó: k1 - là hệ số hiệu chỉnh trên chiều dài phần neo làm việc dính kết, với chiều
dài lz = 0,51 (m) thì ta chọn k1 = 0,55
m1 - là hệ số điều kiện làm việc của tấm đêm, m1 = 0,7
- là lực dính kết đơn vị của thép trong bê tông; = 600 (T/m2)
=> P2 = 3,14 . 2 . 60 . 51 . 0,55 . 0,7 = 7,464 (T)
c, Tính toán khả năng mang tải của neo từ điều kiện trượt trên tường lỗ khoan
P3 = ; T
Trong đó: - là lực dính kết đơn vị của bê tông với khối đá; = (400 T/m2)
=> P3 = 3,14 . 4,2 . 40 . 51 . 0,7 = 18,832 (T)
=> Khả năng chịu tải của neo bằng:
Pneo = min = min = 7,464 (T)
2.2.1.3. Tính toán mật độ neo
Mật độ neo được tính toán theo khả năng mang tải:
a=;m
Trong đó: - là trọng lượng riêng của đất đá, = 2,56 T/m3
k - là hệ số vượt tải, k = 1,2
=> a = = = 1,16 (m)
1221070282-Trần Tiến Tùng
20
Lớp XD CTN K57-Nhóm 08
Đồ án môn học
Xây dựng CTN bằng phương pháp ngầm
=> Vậy ta chọn khoảng cách giữa các neo a = 1,1 (m) theo cả phương ngang và dọc
đường lò trên suốt chiều dài hầm thi công.
2.2.1.4. Số lượng neo trên một mặt cắt
Nneo = + 1 = + 1 = 8,93 (neo) => 9 neo
=>Ta có hai điểm tại A và B không cần neo. Do vậy chỉ cần bố trí 7 thanh neo để chốt
giữ khối nêm hình lăng trụ và kéo dài dọc trục đường hầm thi công.
2.2.2. Tính toán kết cấu chống bằng bê tông phun
Theo giáo sư Moscow, chiều dày vỏ bê tông phun được tính toán theo công thức:
=k.a.;m
Trong đó: k - hệ số nói đến sự kết hợp giữa bê tông phun và neo; k = 0,25
a - mật độ neo; a = 1,1 (m)
qn - áp lực phía nóc, ở đây chỉ tính áp lực của khối nêm số 8 tác dụng lên
công trình. Ta có qn = . lnêm = 2,56 . 1,8 = 4,61 (T/m2)
m - hệ số điều kiện làm việc của bê tông phun; m = 0,9
Rk - độ bền kéo của bê tông phun, lấy bằng 1,5 2 lần bê tông thường. Ta có
Rk = 1,5 . 150 = 225 T/m2.
=> = k . a . = 0,25 . 1,1 . = 0,041 (m)
=> Chọn chiều dày vỏ chống bê tông phun = 5 cm
2.2.3. Hộ chiếu chống
1221070282-Trần Tiến Tùng
21
Lớp XD CTN K57-Nhóm 08
HỘ CHIẾU CHỐNG TẠM
Hình 2.16. Sơ đồ bố trí chống tạm cho đường hầm
HỘ CHIẾU CHỐNG CỐ ĐỊNH
Hình 2.17. Sơ đồ bố trí chống cố định cho đường hầm
1221070282-Trần Tiến Tùng
22
Lớp XD CTN K57-Nhóm 08
PHẦN II: THIẾT KẾ TỔ CHỨC THI CÔNG
CHƯƠNG III: SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ THI CÔNG, THIẾT BỊ THI CÔNG
3.1. Sơ đồ thi công
Hiện nay có rất nhiều cách phân loại các sơ đồ thi công đường hầm khác nhau. Tuy
nhiên sau khi tổng hợp lại thì đặc điểm quan trọng nhất để phân loại các sơ đồ thi công
đường hầm là trình tự hoàn thành hai công việc chính trong một chu kỳ thi công đường hầm,
đó là: công tác đào, chống tạm thời (nếu có) và công tác chống cố định. Trên cơ sở mối quan
hệ giữa hai công việc chủ yếu trên, người ta chia các sơ đồ thi công đường hầm thành:
- Sơ đồ thi công nối tiếp
- Sơ đồ thi công song song
- Sơ đồ thi công phối hợp
3.1.1 Sơ đồ thi công nối tiếp
Trong sơ đồ thi công nối tiếp được tùy thuộc vào chiều dài đường hầm và đặc tính ổn
định của đất đá mà người ta chia ra làm một trong hai sơ đồ sau: Sơ đồ thi công nối tiếp toàn
phần và sơ đồ thi công nối tiếp từng phần.
- Sơ đồ thi công nối tiếp toàn phần:
Trong sơ đồ này, đường hầm được đào và chống tạm cho đến hết chiều dài đường
hầm theo thiết kế. Sau đó, người ta mới tiến hành chống cố định cho đường hầm. Sơ đồ này
được sử dụng để đào các đường hầm có diện tích tiết diện ngang nhỏ, chiều dài ngắn, trong
các lớp đất đá có độ cứng vững lớn, thời gian ổn định không chống lâu dài để đảm bào
đường hầm không bị mất ổn định trong suốt thời gian đào chống tạm cho đến khi chống cố
định cho đường hầm.
- Sơ đồ thi công nối tiếp từng phần:
Trong sơ đồ thi công này, đường hầm được phân chia thành từng đoạn nhỏ. Chiều dài
mỗi đoạn có thể chọn bằng 20 - 30m tùy thuộc vào mức độ ổn định của khối đá xung quanh
đường hầm mà chiều dài mỗi đoạn có thể thay đổi.
1221070282-Trần Tiến Tùng
23
Lớp XD CTN K57-Nhóm 08
Trình tự thi công đường hầm trong sơ đồ thi công nối tiếp từng phần như sau: Đầu
tiên đào hầm và chống tạm thời cho đến hết chiều dài của đoạn thứ nhất. Sau đó đào và
chống tạm thời một phần chiều dài của đoạn thứ hai (hoặc đến hết đoạn thứ hai) tiếp đến thì
người ta dừng công tác đào chống tạm tại gương và quay lại chống cố định đoạn thứ nhất.
Sau đó, người ta tiếp tục đào và chống tạm thời hết đoạn thứ hai và một phần đoạn thứ ba
(hoặc hết đoạn thứ ba) thì dừng gương đào và tiến hành chống cố định cho đoạn hầm thứ
hai. Với trình tự như vậy người ta sẽ tiến hành thi công toàn bộ chiều dài đường hầm.
Sơ đồ này được sử dụng để đào các đường hầm có diện tích tiết diện ngang nhỏ
nhưng có chiều dài lớn. Trong trường hợp này không nên áp dụng sơ đồ nối tiếp toàn phần,
bởi vì khung chống tạm hoặc các kết cấu chống tạm thời khác sẽ bị hỏng hoặc phá hủy,
đường hầm sẽ bị biến dạng và cần thiết phải chống cố định ngay.
3.1.2. Sơ đồ thi công song song
Trong sơ đồ này, công tác đào chống tạm thời tại gương được tiến hành đồng thời với
công tác chống cố định cách gương một khoảng cách nào đó. Khoảng cách này được chọn
sao cho các thiết bị xúc bốc, vận chuyển trong gương không gây ảnh hưởng tới công tác
chống cố định phía ngoài. Ngoài ra, độ ổn định của khối đá xung quanh cũng gây ảnh hưởng
tới khoảng cách này. Trong trường hợp đất đá ổn định thì khoảng cách này lớn hơn so với
trong khối đá kém ổn định. Thực tế cho thấy công tác đào, chống tạm trong gương và chống
cố định có ảnh hưởng lẫn nhau ở mức độ không lớn. Ví dụ, trong thời gian nạp, nổ mìn trong
gương thì đội thợ chống cố định phải ngừng nghỉ.
Sơ đồ thi công song song có khả năng rút ngắn thời gian thi công các đường hầm so
với sơ đồ nối tiếp. Vì vậy, sơ đồ này được sử dụng rộng rãi để thi công các đường hầm có
chiều dài và tiết diện ngang lớn. Tuy nhiên, sơ đồ thi công này cũng đòi hỏi mức độ đầu tư
cao, trình độ tổ chức thi công tốt.
3.1.3. Sơ đồ thi công phối hợp
Trong sơ đồ thi công này, tất cả các công tác đào, chống tạm thời (nếu cần thiết) và
chống cố định được tiến hành ngày trong một chu kỳ công tác. Sơ đồ này thường được sử
dụng để xây dựng các đường hầm cơ bản hoặc hầm chuẩn bị, chúng được chống cố định
bằng khung chống gỗ, kim loại, bê tông cốt thép lắp ghép, vì neo, bê tông phun,… Sơ đồ này
1221070282-Trần Tiến Tùng
24
Lớp XD CTN K57-Nhóm 08
cũng được sử dụng để thi công các hầm trạm trong mỏ có kích thước tiết diện ngang lớn cần
thi công vỏ chống cố định (bê tông, gạch đá,…) ngay sau mỗi lần phá đất đá trong gương.
=> Với chiều rộng khai đào của hầm B d = 9,82 m, bán kính đào hầm R v = 4,91 m,
diện tích tiết diện ngang hầm Sd = 70,275 m 2, tốc độ đào hầm v = 105 m/tháng, tốc độ đổ bê
tông 90 m/tháng, f = 9 thì ta lựa chọn sơ đồ thi công nối tiếp từng phần.
3.2. Sơ đồ đào phá đất đá trên gương
Tùy theo điều kiện địa chất, tính chất cơ lý của đất đá, thiết bị thi công hiện có, cũng
như diện tích tiết diện ngang gương đào mà người ta có thể tiến hành đào gương theo toàn
tiết diện hoặc chia gương đào thành dạng bậc thang hoặc các dạng khác để thi công đường
hầm. Trong ngành mỏ, các đường hầm cơ bản thường được đào toàn tiết diện, còn trong xây
dựng các công trình ngầm, một số hạng mục công trình lớn như gian máy, gian biến thể,…
thường được thi công theo phương pháp chia gương.
=> Với kết quả của phần mềm Phase2 như trên cho ta thấy chuyển vị ở biên đường
hầm sau khi đào là rất nhỏ < 6 mm, ứng suất tại biên đường hầm nhỏ do đó có thể đào toàn
tiết diện.
3.3. Sơ đồ công nghệ thi công
Ta lựa chọn sơ đồ công nghệ thi công như sau: Máy khoan Tamrock Axera 8, máy
xúc lật TORO-9, ô tô vận tải VOLVO A E25, máy khoan cắm neo Cabletec LC, máy phun bê
tông Aliva 263.
3.4. Lựa chọn thuốc nổ và phương tiện gây nổ
3.4.1. Lựa chọn thuốc nổ
Với f = 9, ta lựa chọn thuốc nổ P113 để đào phá đất đá với các đặc tính kỹ thuật của
thuốc nổ như sau:
Bảng 3.1. Đặc tính kỹ thuật của thuốc nổ P113
ST
T
1
2
3
Đặc tính kỹ thuật
Khả năng sinh công
Sức công phá
Tốc độ nổ
1221070282-Trần Tiến Tùng
25
Đơn vị
Số lượng
cm3
MN
km/s
320 - 330
14 - 16
4,2 – 4,5
Lớp XD CTN K57-Nhóm 08
