Đồ án tốt nghiệp hầm giao thông

Đồ án tốt nghiệp nghành Xây dựng CTN & Mỏ

Chơng 1: Khái quát chung về công trình
1.1.Giới thiệu chung về công trình
1.2. Giới thiệu về hệ thống công trình
ngầm
1.3. Vị trí địa lý.
1.4. Cấu tạo địa hình, địa mạo
1.5. Điều kiện địa chất, địa chất thủy
văn
1.6. Điều kiện khí hậu, thủy văn khu vực

SV: Trần Quốc Ân
dựngCTN & Mỏ K48

1

Lớp Xây


Đồ án tốt nghiệp nghành Xây dựng CTN & Mỏ

1.1. Giới thiệu chung về công trình
Ninh Bình là một tỉnh nằm ở phía Đông Nam Hà Nội,
cách trung tâm Hà Nội khoảng hơn 100km, có diện tích
1.400km2, dân số 93 vạn ngời với thủ phủ là thị xã Ninh Bình
đóng trên địa bàn huyện Hoa L. Là một tỉnh nhỏ, còn nghèo
nhng có nhiều tiềm năng thế mạnh về nông nghiệp, công
nghiệp, du lịch và một số ngành dịch vụ khác để phát triển
nền kinh tế xã hội của tỉnh.
Trên cơ sở nguồn tài nguyên, đất đai, tiềm năng du

lịch và con ngời...Tỉnh uỷ, UBND tỉnh Ninh Bình đã xác
định phơng hớng, nhiệm vụ phát triển kinh tế xã hội trong
thời gian tới của tỉnh, trong đó tập trung phát triển dịch vụ
du lịch là một trong những mục tiêu chính nhằm đa ngành
kinh tế công nghiệp không khói này nhanh chóng trở thành
ngành kinh tế mũi nhọn góp phần phát triển ngành kinh tế xã
hội thị xã Ninh Bình nói riêng và của tỉnh Ninh Bình nói
chung.
Nằm trong quy hoạch tổng thể khu du lịch đồng bằng
Bắc Bộ, Ninh Bình là một tỉnh có nhiều tiềm năng và thế
mạnh với những điểm du lịch lịch sử, văn hoá, sinh thái. Nếu
đợc đầu t trùng tu tôn tạo và xây mới các công trình sẽ tạo
sức hấp dẫn và thu hút đợc đông đảo du khách trong và
ngoài nớc đến thăm quan di lịch, thu hút đầu t trong và
ngoài nớc
Dự án xây dựng khu du lịch Tràng An sẽ góp phần bảo
tồn, tôn tạo, phát huy giá trị lịch sử, văn hoá Cố đô Hoa L
đồng thời cũng để giữ gìn cho muôn đời sau, thu hút
khách thập phơng đến tham quan, học tập, nâng cao ý
nghĩa giáo dục truyền thống cho các thế hệ kế tiếp với ý
thức độc lập, tự chủ trong công cuộc bảo vệ và xây dựng
Tổ quốc Việt Nam xã hội chủ nghĩa.
Dự án xây dựng cơ sở hạ tầng khu du lịch Tràng An đợc
xây dựng sẽ làm phong phú thêm giá trị lịch sử, văn hoá, sinh
thái, khu di tích Cố Đô Hoà L làm cơ sở trình hồ sơ đề nghị
UNESCO công nhận là di sản thế giới.
Nhu cầu giao lu văn hoá, du lịch và các dịch vụ trong
vùng dự án là rất lớn nên việc đảm bảo hệ thống giao thông
trong khu du lịch là hết sức quan trọng. Góp phần hoàn
thiện hệ thống giao thông trong khu du lịch và tạo ra hệ

thống tua tuyến liên hoàn của các khu du lịch: Cố đô Hoa L Hang động Tràng An - Tam Cốc Bích Động.
SV: Trần Quốc Ân
dựngCTN & Mỏ K48

2

Lớp Xây


Đồ án tốt nghiệp nghành Xây dựng CTN & Mỏ

1.2. Giới thiệu về hệ thống công trình ngầm, tầm quan
trọng của công trình
Công trình đờng hầm giao thông Vụng Quao và Ngô
Ngã là một hạng mục công trình nằm trên tuyến giao thông
số I trong quy hoạch tổng thể giao thông khu du lịch Tràng
An tỉnh Ninh Bình góp phần tích cực vào việc phát triển du
lịch, cải thiện đời sống kinh tế, chính trị, xã hội, và văn hóa
của nhân dân địa phơng.
Công trình giao thông nằm trên tuyến I nối liền khu bảo
tồn đặc biệt Cố Đô Hoa L đến khu du lịch hang động Tràng
An. Hai hầm giao đợc xây dựng tạo ra sự liên thông đa khách
tham quan du lịch có dịp chiêm ngỡng một vùng núi non hiểm
trở và kỳ bí một hệ thống hang động tự nhiên tuyệt đẹp.
1.3. Vị trí địa lí
Vùng nghiên cứu nằm ở phía Đông Bắc tỉnh Ninh
Bình, cách thủ đô Hà Nội hơn 100 km về phía Nam, trên
trục đờng quốc lộ 1A xuyên Bắc Nam, giáp thị xã Ninh Bình
có trục đờng sắt xuyên Bắc Nam.
Phía Bắc giáp : Huyện Gia Viễn

Phía Tây giáp : Huyện Nho Quan
Phía Nam giáp : Khu du lịch Tam Cốc Bích Động
Phía Đông giáp : Quốc lộ 1A
1.4. Cấu tạo địa hình, địa mạo
1.4.1. Cấu tạo địa hình
Phân làm 2 vùng rõ rệt là vùng núi ( núi đá vôi, đồi núi
đất) và vùng đồng bằng :
Vùng núi : bao gồm các núi đá vôi nằm chủ yếu the hớng tây nam huyện Hoa L và Đông Bắc huyện Gia Viễn. Địa
hình khá phức tạp, đồi núi phân cắt mạnh, mái dốc đứng
karst phát triển mạnh tạo thành nhiều hang động, núi xen kẽ
với các thung lũng lòng chảo nhỏ hẹp, đầm lầy, ruộng chũng.
Vùng đồng bằng : Tơng đối bằng phẳng, đất đai
màu mỡ xen kẽ nhiều vùng thấp trũng.
1.4.2. Cấu tạo Địa mạo
Địa mạo khu vực đặc trng bởi hai dạng địa hình là
tích tụ và bóc mòn, trong đó dạng địa hình bóc mòn là chủ
yếu. Dạng địa hình bóc mòn phát triển trên các đỉnh, sờn
núi , kết quả của một quá trình bào mòn chủ yếu theo chiều
thẳng đứng , thảm thực vật tha thớt và các sờn đều có độ
SV: Trần Quốc Ân
dựngCTN & Mỏ K48

3

Lớp Xây


Đồ án tốt nghiệp nghành Xây dựng CTN & Mỏ

dốc lớn, thờng là dốc đứng. Đặc trng của vùng núi đá vôi nên

tạo thành rất nhiều các hang karst. Dạng địa hình tích tụ tại
các thung lũng xen kẹp giữa các hệ thống núi đá.
1.5. Điều kiện địa chất, địa chất thủy văn
1.5.1. Điều kiện địa chất.
*Địa chất khu vực công trình :
Đất laterit phát triển trên đá vôi : đây là loại đất
nhiều mùn đang đợc sử dụng trồng hoa màu hoặc cây công
nghiệp ngắn ngày, phân bố rải rác ở chân dãy núi đá vôi.
Thung lũng dốc tụ : Hình thành trên địa hình trũng trong
các dãy núi đá vôi trong quá trình tích tụ lại , loại đất này có
độ dày > 30 cm có thể canh tácnông nghiệp đợc rất thích
hợp trồng các loại cây ăn quả.
*Địa tầng khu vực hầm Ngô Ngã và hầm Vụng Quao :
Lớp 1 : Lớp hỗn hợp sét pha lẫn đá lăn, đá đổ nguồn
gốc nhân sinh bề dày biến đổi 2.0m (LK5) - 3.0m (LK1).
Lớp 2 : Lớp bùn sét màu xám đen, trạng thái chảy. Trong lớp
này có chứa tàn tích thực vật kém phân hủy, bề dày biến đổi
2.0m (LK2) - 6.4m (LK4).
Đá gốc : đá gốc trong khu vực nghiên cứu là đá vôi,
màu xám xanh, xám trắng có thành phần là calcit,
dolomit.....cấu tạo phân lớp dày đến dạng khối kiến trúc ẳn
tinh tái kết tinh hóa hạt.....thuộc diệp Đồng Giao - Phụ Diệp
trên(T2đg2) đá này phân bố hầu hết trong vùng dự án, đôi
chỗ xuất hiện các mạch nhỏ thạch anh màu xám trắng. Nhìn
chung, màu sắc, mức độ phong hóa và cờng độ của đá
thay đổi theo độ sâu,cụ thể nh sau :
Đới phong hóa vừa(IB) : các khe nứt phát triển rất mạnh
mẽ, nhiều khi dới tác động của mực nớc ngầm tạo thành các
hang, hốc karst từ nhỏ đến lớn với vật chất lấp nhét là sét
xám vàng, sét lẫn dăm sạn. Bề mặt của đá và các mặt khe

nứt hầu hết đã bị biến màu, bị oxy hóa bề mặt khe nứt
nhám mạnh, mặt khe nứt bám ô xít sắt có màu nâu đen,
nâu vàng, khá cứng chắc.
Đới đá phong hóa nhẹ (IIA) : Đá nứt nẻ ít hơn, tuy nhiên
vẫn xuất hiện các khe nứt tách lớn với vật chất lấp nhét là sét
xám vàng, sét lẫn dăm sạm, bề mặt khe nứt nhám có sự thay
đổi màu nhẹ, khe nứt phát triển ít và kín, mặt khe nứt
nhuốm màu ô xít sắt cứng chắc.Bề dày của đới phong hóa
vừa - nhẹ trong chiều sâu khảo sát cha xác định.
SV: Trần Quốc Ân
dựngCTN & Mỏ K48

4

Lớp Xây


Đồ án tốt nghiệp nghành Xây dựng CTN & Mỏ

Trong quá trình đo vẽ ĐCCT tại khu vực dự án quan sát
thấy đá gốc lộ ra là chủ yếu. Đá lộ chủ yếu phong hóa vừa nhẹ, mức độ nứt nẻ rất khác nhau từ rất mạnh- ít, hớng phát
triển chính của hệ thống khe nứt đo đợc có phơng vị hớng
dốc và góc dốc là : hầm Vụng Quao 250ữ 260 5ữ 100,
80ữ 90 20ữ 250, chủ yếu phát triển theo hớng Đông BắcTây Nam. Hầm Ngô Ngã 330ữ 345 25ữ 350, 120ữ 130
40ữ 450, chủ yếu phát triển theo hớng Tây Bắc- Đông Nam.
1.5.2. Điều kiện địa chất thủy văn
Nớc ngầm trong khu vực nghiên cứu tàng trữ chủ yếu
trong đới nứt nẻ ( tồn tại trong các đới khe nứt ), hang hốc
karst......nguồn cung cấp chính là nớc mặt, nớc ma.
Kết quả khảo sát địa chất tại khu vực xây dựng công

trình hầm Vụng Quao và hầm Ngô Ngã không thấy xuất hiện
nớc ngầm tại cao độ đáy hầm dự kiến.
1.6. Điều kiện khí hậu, thủy văn khu vực
1.6.1. Điều kiện khí hậu.
Mang khí hậu nhiệt đới gió mùa, mùa đông lạnh nhng
vẫn bị ảnh hởng khí hậu ven biển và rừng núi so với điều
kiện trung bình vùng vĩ tuyến, đầu mùa đông khí hậu khô,
cuối đông khí hậu ẩm ớt, mùa hạ nóng ẩm nhiều ma bão.
Theo số liệu TCVN 4088-85 trạm Ninh Bình khí hậu có
các đặc trng chủ yếu sau:
Nhiệt độ không khí:
Nhiệt độ tháng năm:
23,50C
Nhiệt độ cực tiểu trung bình:
20,90C
Tổng giờ nắng trung bình năm: 1.646 giờ
Tổng lợng ma trung bình năm:
1781mm
Độ ẩm trung bình năm của không khí: 85%
Hớng gió chính thịnh hành trong năm:
Mùa đông: Hớng Bắc, Đông Bắc
Mùa hè: Hớng Nam, Đông Nam
Tốc độ gió trung bình: 2,3m/s, tốc độ gió cực đại xảy ra khi
có bão 45m/s tháng 11 năm 1962.
1.6.2. Điều kiện thủy văn
Có hệ thống sông ngòi dày đặc: Sông Đáy, sông
Hoàng Long, sông Bôi, sông Chanh, sông Sào Khê, sông Huệ
Dỡng, sông Vân, sông Vạc, hầu hết các sông đều đổ ra
sông Hoàng Long và sông Đáy.
SV: Trần Quốc Ân

dựngCTN & Mỏ K48

5

Lớp Xây


Đồ án tốt nghiệp nghành Xây dựng CTN & Mỏ

Theo tài liệu điều tra nhiều năm mực nớc trung bình
năm tại khu vực khoảng +0.9 - :- +1.1, mực nớc vào mùa kiệt
khoảng +0.3 - :- +0.4. Mực nớc thiết kế cao nhất vào mùa ma
khoảng +2.3. Để đảm bảo điều tiết mực nớc trong vùng dự
án phục vụ du lịch bằng thuyền cần xây dựng hệ thống trạm
bơm điều tiết.
1.7. Dân c và điều kiện xã hội
Ninh Bình là một tỉnh nằm ở phía Đông Nam Hà Nội,
cách trung tâm Hà Nội khoảng hơn 100km, có diện tích
1.400km2, dân số 93 vạn ngời với thủ phủ là thị xã Ninh Bình
đóng trên địa bàn huyện Hoa L. Là một tỉnh nhỏ, còn nghèo
nhng có nhiều tiềm năng thế mạnh về nông nghiệp, công
nghiệp, du lịch và một số ngành dịch vụ khác để phát triển
nền kinh tế xã hội của tỉnh.
Trên cơ sở nguồn tài nguyên, đất đai, tiềm năng du
lịch và con ngời...Tỉnh uỷ, UBND tỉnh Ninh Bình đã xác
định phơng hớng, nhiệm vụ phát triển kinh tế xã hội trong
thời gian tới của tỉnh, trong đó tập trung phát triển dịch vụ
du lịch là một trong những mục tiêu chính nhằm đa ngành
kinh tế công nghiệp không khói này nhanh chóng trở thành
ngành kinh tế mũi nhọn góp phần phát triển ngành kinh tế xã

hội thị xã Ninh Bình nói riêng và của tỉnh Ninh Bình nói
chung.
Nằm trong quy hoạch tổng thể khu du lịch đồng bằng
Bắc Bộ, Ninh Bình là một tỉnh có nhiều tiềm năng và thế
mạnh với những điểm du lịch lịch sử, văn hoá, sinh thái. Nếu
đợc đầu t trùng tu tôn tạo và xây mới các công trình sẽ tạo
sức hấp dẫn và thu hút đợc đông đảo du khách trong và
ngoài nớc đến thăm quan di lịch, thu hút đầu t trong và
ngoài nớc.

SV: Trần Quốc Ân
dựngCTN & Mỏ K48

6

Lớp Xây


Đồ án tốt nghiệp nghành Xây dựng CTN & Mỏ

Chơng 2:Thiết kế kĩ thuật
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.

Lựa chọn hình dạng mặt cắt ngang
Đánh giá chất lợng khối đá
Lựa chọn vật liệu kết cấu chống giữ
Sơ bộ chọn chiều dày vỏ chống cố

định
2.5. Tính toán tải trọng tác dụng lên kết
cấu chống
2.6. Tính toán nội lực trong kết cấu chống
cố định
2.7. Tính toán cốt thép

SV: Trần Quốc Ân
dựngCTN & Mỏ K48

7

Lớp Xây


Đồ án tốt nghiệp nghành Xây dựng CTN & Mỏ

2.1. Lựa chọn hình dạng mặt cắt ngang
2.1.1. Hình dạng công trình sử dụng
Trong công tác thiết kế các công trình ngầm giao
thông và các công trình ngầm dân dụng khác, việc xác
định hình dạng đờng hầm có ý nghĩa rất lớn đối với những
tiện ích mà công trình có thể đem lại và quyết định lớn tới
quy mô và giá thành của công trình. Vì vậy hình dạng của
đờng hầm đợc xác định dựa trên các yêu cầu kĩ thuật về
tiêu chuẩn thiết kế công trình và hiệu quả kinh tế mà công
trình đem lại.
* Tiêu chuẩn 1: Chiều rộng đờng hầm đợc thiết kế
dựa trên đánh giá về cấp đờng thiết kế và lu lợng khách du

lịch lu thông trên tuyến đờng trong thời kỳ cao điểm của
mùa du lịch. Lợng khách tham quan du lịch ớc tính vào
khoảng 1.0triệu lợt/năm. Công trình thuộc tuyến giao thông
số một do đó chịu sự chi phối về cấp đờng trong tổng mặt
bằng tổng thể tuyến đờng giao thông thuộc vùng dự án.
*Tiêu chuẩn 2: Về giới hạn tĩnh không cho xe trong hầm.
Mục đích của việc định ra giới hạn tĩnh không của
hầm là đảm bảo cung cấp cho ngời sử dụng một đờng hầm
an toàn, dịch vụ tốt, các hoạt động khai thác diễn ra trôi
chảy trong một không gian giới hạn, một bầu không khí dễ
chịu và một thời gian phục vụ lâu dài với chi phí bảo chì
thấp nhất. Việc định ra giới hạn tĩnh không này coi trọng sự
an toàn và tiện lợi cho ngời sử dụng hơn là tiết kiệm chi phí.
Mặc dù tổng diện tích mặt cắt ngang của hầm đợc
chọn phụ thuộc vào yêu cầu thông gió, song sơ đồ mặt cắt
ngang cũng chịu tác động của các yêu cầu về giới hạn tĩnh
không cho xe cộ. Giới hạn tĩnh không còn có các yếu tố cần
thiết và kích thớc mặt cắt tơng ứng.
Đối Với đờng hầm, chiều cao tĩnh không cho làn xe, lề
đờng và các khoảng không gian mặt đờng khác bị chi phối
bởi các tiêu chuẩn thiết kế hầm ( Việt Nam sử dụng tiêu
chuẩn TCVN 4527- 88 ).
Tuy nhiên cũng phải thấy rằng kích thớc hầm phải tính
đến không gian hầm chặt hẹp, kích thớc xe lu thông.
Dựa trên việc xem xét về mặt kỹ thuật, các tiêu chuẩn
thiết kế, ngời thiết kế đa ra sơ đồ tĩnh không bên trong
hầm nh trình bày trong hình 2.1
Hình dạng mặt cắt ngang của hầm, ngoài việc phải
SV: Trần Quốc Ân
dựngCTN & Mỏ K48

8

Lớp Xây


Đồ án tốt nghiệp nghành Xây dựng CTN & Mỏ

thỏa mãn những yêu cầu về khai thác, tùy thuộc vào kích thớc
của hầm, tình hình địa chất, còn phải phù hợp với những
đặc điểm của vật liệu dùng để xây dựng vỏ hầm và phơng pháp thi công.
Thực tế, đào hầm giao thông thờng có tiết diện ngang
hình tròn hoặc hình vòm bán nguyệt, vòm ba tâm, năm
tâm, tờng thẳng hoặc tờng cong. Đối với hầm Vụng Quao ngời thiết kế chọn sơ bộ hình dạng tiết diện ngang của đờng
hầm có dạng hình vòm bán nguyệt, tờng thẳng đứng.
Kích thớc: Theo tiêu chuẩn thiết kế và điều kiện thực
tế của đờng hầm, kích thớc của đờng hầm đợc xác định
phụ thuộc vào các yếu tố nh: cấp đờng giao thông của đờng
hầm, yêu cầu thông xe của đờng hầm, số làn xe, yêu cầu
thông gió ...., Ngoài ra bề rộng tiết diện hầm phải đủ để bố
trí hệ thống tín hiệu, hệ thống đờng dây, đờng ống.
Các khoảng cách an toàn: Đây là những khoảng cách dự
trữ để đề phòng những sai lệch trong khi thi công. Khoảng
cách dự trữ để đề phòng những sai lệch trong khi thi công.
Khoảng cách dự trữ đợc quyết định phụ thuộc vào điều
kiện địa chất và phơng pháp thi công. Ngoài ra còn có
khoảng cách an toàn cho ngời sử dụng ,đối với các hầm giao
thông có vỏ chống bằng bê tông, bê tông côt thép thì khoảng
cách an toàn tính từ phần nhô ra nhất của phơng tiện giao
thông đến vỏ chống tối thiểu là 150 mm.

Theo đó, kích thớc của đờng hầm sẽ đợc xác định dựa
trên các thông số chính cụ thể nh sau:
Độ dốc dọc lớn nhất i max = 0,4% về một hớng (do chiều dài đờng hầm <300m).
Tuyến thẳng độ dốc ngang đờng: 2%
Mặt cắt ngang đờng hầm:
+ Mặt đờng 2 làn xe : 2 * 3,5 = 7,0m
+ Hành lang cho ngời đi bộ 2 phía : 2 * 1,5 = 3,0m
+ Khoảng cách an toàn phân cách hành lang bộ hành
và lu thông
cơ giới : 2* 0,25 = 0,5m;
+ Chiều cao tối thiểu hành lang bộ hành : 2,5m
+ Chiều cao với mặt đờng xe cơ giới là : 0,4m
+ Chiều cao khổ tĩnh không khoảng cách tối thiểu : H
= 5 m.
+ Mặt cắt ngang đờng ngoài phạm vi hầm theo qui
hoạch chung toàn khu.
SV: Trần Quốc Ân
dựngCTN & Mỏ K48

9

Lớp Xây


Đồ án tốt nghiệp nghành Xây dựng CTN & Mỏ

t imhầm

Dựa trên các tiêu chuẩn thiết kế hầm giao thông và
các yêu cầu, số liệu kể trên bằng phơng pháp họa đồ, hình

dạng kích thớc khổ tĩnh không đờng hầm đợc ngời thiết kế
đa ra trên hình 2.1
2.1.2. Hình dạng, kích thớc của đờng hầm.
Hình dạng tiết diện ngang đờng hầm đợc xây dựng
dựa trên hình dạng kích thớc khuôn trong hầm đã đợc lựa
chọn với các thông số kích thớc chính:
+ Chiều rộng đờng hầm : B = 11 m;
+ Chiều cao đờng hầm : H =7,1 m
+ Chiều cao tờng : ht = 1,6 m.
+ Bán kính vòm hầm : R = 5,5 m.
Hình dạng kích thớc đờng hầm đợc thể hiện trong hình vẽ
2.1

Hình 2.1 : Hình dạng đờng hầm.

* tiết diện đờng hầm khi đào
Đờng hầm Vụng Quao sau khi đào thờng đợc gia cố
bằng một lớp bê tông phun dày từ 5 ữ 15 cm, ngoài ra còn
phải lắp đặt lớp chống thấm, kết hợp với độ biến dạng của
biên hầm nên ở đây ta chọn chiều dày tính toán của vỏ
chống ( để xác định tiết diện đờng hầm khi đào ) d = 30
cm.
SV: Trần Quốc Ân
dựngCTN & Mỏ K48

10

Lớp Xây

Đồ án tốt nghiệp nghành Xây dựng CTN & Mỏ

Nh vậy ta có :
- Chiều rộng bên ngoài vỏ chống đờng hầm đợc xác định
theo công thức :
Bn = B +2.d + 2.; m
(2.5)
Trong đó:
Bn- Chiều rộng khi đào tại chân vòm, m.
B- Chiều rộng đờng hầm khi sử dụng, B = 11 m.
d- Chiều dày tính toán của vỏ chống, d = 0,3 m.
- Chiều dày vỏ chống tạm, = 0,1 m.
Thay số vào (2.5) ta đợc:
2a = 11 + 2.0,3 + 2.0,1 = 11,8 m
-Bán kính vòm hầm khi đào:
Rd = R +d + ; m
(2.6)
Trong đó :
R- Bán kính vòm hầm khi sử dụng, R = 5,5 m.
Thay số vào (2.6) ta đợc:
Rđ = 5,5 + 0,3+ 0,1 = 5,9 m
- Chiều cao đờng hầm khi đào: Hđ = Htd + Ht = 5,9 +1,6=
7,5 m.
Vậy diện tích tiết diện đào đợc tính là:
Sđ =

1
1
. .Rđ2+ Ht.Bn = . .5,92 + 1,6.11,8 = 73,53
2

2

m2
2.2. Đánh giá chất lợng khối đá.
Phân loại khối đá là một phơng tiện để phục vụ cho
công tác thiết kế. Theo Bienawski, phân loại khối đá nhằm
xác định những thông số quan trọng nhất ảnh hởng đến
việc sử lý khối đá, cung cấp cơ sở để hiểu rõ tính chất của
mỗi loại đá đợc chia với chất lợng khác nhau, đồng thời cung
cấp số liệu định lợng cho thiết kế kỹ thuật. Ngoài ra, việc
phân loại đất đá còn nhằm kiến nghị hỗ trợ cho các hớng dẫn
xây dựng các đờng hầm, cung cấp cơ sở chung cho việc
thông tin giữa kĩ s và các nhà địa chất học và liên hệ kinh
nghiệm về các điều kiện của đất đá ở hiện trờng này với
đất đá ở hiện trờng khác.
Đánh giá chất lợng khối đá bao quanh đờng hầm để
phục vụ cho thiết kế các biện pháp gia cố, chống giữ ổn
định là một phơng pháp đợc sử dụng rộng rãi trên thế giới
hiện nay. Công tác khảo sát, thí nghiệm tại hiện trờng hai đSV: Trần Quốc Ân
dựngCTN & Mỏ K48

11

Lớp Xây


Đồ án tốt nghiệp nghành Xây dựng CTN & Mỏ

ờng hầm Vụng Quao và Ngô Ngã thuộc dự án xây dựng khu
du lịch tràng An tỉnh Ninh Bình theo phơng pháp mới nh

RQD( Rock Quality Designation), RMR( Rock Mass
Rating),Q(Rock Mass Quality ) của Deere,Bienawsky. Đây là
những phơng pháp đánh giá ổn định khối đá đang đợc áp
dụng rộng rãi có hiệu quả ở nhiều nớc trên thế giới. ở Việt Nam
vài năm gần đây tại một số công trình xây dựng đờng
hầm giao thông, hầm thủy điện ...., có sự t vấn giám sát của
nớc ngoài đều đợc áp dụng các phơng pháp đánh giá chất lợng của khối đá.
* Phân loại khối đá theo Deere- Phơng pháp RQD:
Phơng pháp RQD ( còn gọi là phơng pháp chỉ số chất lợng- Rock Quality Designation ) do Deere đề xuất vào năm
1963. Từ quan sát và nhận xét rằng độ dài các thỏi khoan lấy
lên từ lỗ khoan khá phù hợp với độ bền và độ nứt nẻ của khối
đá, tác giả đã đề nghị lấy tổng chiều dài các thỏi khoan
làm tham số phản ánh chất lợng. Deere đề nghị sử dụng khái
niệm chỉ số chất lợng khối đá, viết tắt là RQD và xác địn
theo công thức sau:
RQD =

Lp
Lt

Trong đó:
Lp- Tổng chiều dài các thỏi khoan có chiều dài không
nhỏ hơn 2 lần đờng kính lỗ khoan tại đoạn lỗ khoan cần
khảo sát, L p = l ( 10cm) , khi đờng kính lõi khoan là 5cm.
Lt- Chiều dài đoạn lỗ khoan đợc khảo sát.
Dựa vào quan sát thực nghiệm, Deere xắp xếp các khối
đá ra làm 5 loại tơng ứng với các trị số RQD khác nhau.
Bảng 2.1.Phân loại
khối đá theo Deere
Tỷ lệ

Tỷ số tốc
Số khe nứt
Phân loại
môđun
độ
RQD
trên 1 m
biến dạng
chất lợng
dài ( kkn)
Vd-k/Vd-m
(kE)
0-25
Rất xấu
>15
0,0-0,2
25-50
Xấu
15-8
<0,2
0,2-0,4
Trung
50-75
8-5
0,2-0,5
0,4-0,6
bình
75-90
Tốt
5-1

0,5-0,8
0,6-0,8
SV: Trần Quốc Ân
dựngCTN & Mỏ K48

12

Lớp Xây


Đồ án tốt nghiệp nghành Xây dựng CTN & Mỏ

90-100
Rất tốt
<1
0,8-1
0,8-1,0
Nh vậy RQD thực sự chỉ là một chỉ số phản ánh mức độ
nứt nẻ của khối đá, đợc xác định theo một tuyến khảo sát
( trong trờng hợp này là lỗ khoan). Do đó RQD có thể còn đợc
xác định theo số liệu đo vẽ ở vách hố đào, vách đờng lò. Cụ
thể là: trong trờng hợp không xác định đợc RQD từ các lỗ
khoan thăm dò hoặc lấy mẫu, có thể tính gián tiếp bằng
công thức thực nghiệm ( Palmstrom, 1982):
RQD= 115-3,3Jv
Với Jv là mật độ khe nứt tính theo 1m3 khối đá,nghĩa là
bằng tổng số các khe nứt của các hệ trên một đơn vị chiều
dài, hay có thể sử dụng công thức ( Priest anh Huson-1976 ):
RQD= 100 ( 0,1kKN + 1) exp (-0,1kKN)
Với kKN là mật độ (hay mô đun ) khe nứt= số khe nứt/1m

dài đoạn lò khảo sát (kN/m).
Bằng cách này, từ một số liệu đo vẽ nứt nẻ của khối đá
( ví dụ kkn) có thể tính đợc RQD và đánh giá phân loại đợc
chất lợng khối đá. Điều này gần tơng tự với nghiên cứu của
Franklin (1971 ) khi tác giả này đề nghị dùng giá trị (k kn) để
phân loại.
* Phân loại theo RMR:
Năm 1974 Bieniawski đã đa ra bảng phân loại dùng
trong xây dựng công trình ngầm theo thang điểm số RMR (
Rock Mass Rating) có chú ý
đến 6 yếu tố ảnh hởng khác nhau, xác định theo biểu thức:
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 xét đến lợng thu hồi lõi khoan.
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 nớc
I6- Tham số thể hiện tơng quan giữa thế nằm các lớp
và hớng đào
Bảng
2.2. Các nhóm khối đá
SV: Trần Quốc Ân
dựngCTN & Mỏ K48

13

Lớp Xây

Đồ án tốt nghiệp nghành Xây dựng CTN & Mỏ

RMR = I1+I2+...
+I6
Nhóm
Mô tả

81
-100
I
rất tốt

61
80
II
tốt

- 41 - 60
III
tơng
tốt

21
40
IV
đối xấu

- <20
V

rất
xấu

Hình 2.2.Phân loại khối đá theo BIENIAWSKI (1973)

* Phân loại khối đá theo hệ thống Q:
Barton và Lunder (1974) thuộc viện địa kỹ thuật Na Uy
đã đề xuất phơng pháp đánh giá chất lợng đá xung quanh
đờng hầm qua hệ thống Q:
Q=

RQD J r J w
. .
J n J a SRF

Trong đó:
RQD- Chỉ số chất lợng lấy chẵn từ 5 có giá trị từ 10
đến 100
Jn- Chỉ số ảnh hởng của số lợng các hệ khe nứt đợc
lấy theo
Jr- Chỉ số thể hiện độ nhám của khe nứt
Ja- Chỉ số thể hiện trạng thái của khe nứt khi thành
khe nứt tiếp xúc đợc với nhau khi trợt
SV: Trần Quốc Ân
dựngCTN & Mỏ K48

14

Lớp Xây

Đồ án tốt nghiệp nghành Xây dựng CTN & Mỏ

SFR- Yếu tố giảm ứng suất của khối đổ quanh công
trình ngầm (Stress Reduction Factor)
Sáu tham số này đợc kết hợp thành ba cặp thừa số với ý
nghĩa nh sau:
RQD/Jn đặc trng cho kích thớc của các khối nứt,
Ja/Jr đặc trng cho độ bền cắt hay trợt giữa các khối
nứt,
Jw/SRF đặc trng cho ứng suất hữu hiệu, tác dụng
vào khối đá.
Trị số của các thừa số đó trong hệ thống phân loại dao
động trong khoảng xác định sau:
0,5 RQD / J n 200
0,02 J a / J r 5
0,005 J w / SRF 1

Bảng 2.3. Các nhóm khối đá theo Barton,
Lien và Lunde
Giá trị của
Cấp ổn địnhĐặc điểm ổn
chỉ
nhóm
định
tiêuQ
khối đá
của khối đá
>400
I

Đặc biệt tốt
100-400
II
Cực kỳ tốt
40-100
III
Rất tốt
10- 40
IV
Tốt
4-10
V
Trung bình
1-4
VI
Yếu
0,1-1,0
VII
Rất yếu
0,01-0,1
VIII
Cực kỳ yếu
0,001-0,01
IX
Đặc biệt yếu
* Phân loại khối đá ở đờng hầm khu du lịch Tràng An
Đờng hầm đợc đào qua một dãy đá vôi cao. Phần bên
ngoài cửa hầm là ruộng lúa có địa hình bằng phẳng.
*Tờng hầm phía bên phải:
Theo hớng từ Ninh Bình đi vào có chiều dài khoảng 34,7

m trong đó phần thân hầm dài khoảng 29 m còn phần bên
ngoài giới hạn nóc hầm khoảng 5,7m. Đoạn tờng này khối đá bị
nứt nẻ rất mạnh thuộc loại đá có chất lợng xấu và đặc biệt xấu
SV: Trần Quốc Ân
dựngCTN & Mỏ K48

15

Lớp Xây


Đồ án tốt nghiệp nghành Xây dựng CTN & Mỏ

nên cần phải đợc sử lý gia cố trong giai đoạn gia cố cửa hầm.
Tờng hầm phía bên phải nằm cách sâu bề mặt địa
hình đá vôi ( chiều cao Hh) khoảng 8 ữ 15 m.
Phần cửa hầm phía Ninh Bình có chiều dài khoảng
9m là phần đá vôi bị phong hóa, nứt nẻ mạnh đến rất mạnh
theo 3 ữ 5 hệ khe nứt chính và nhiều khe nứt dạng vô hớng.
Trong khe nứt đợc lấp nhét bởi các vật chất thứ sinh nh đất
sét , đất sét màu vàng xám, thấm nớc. Chất lợng khối đá
thuộc loại xấu có nơi rất xấu( theo phân loại chất lợng khối
đá).
Phần thân hầm có chiều dài khoảng 29m, đá vôi màu
xám xanh xám trắng bị nứt nẻ và phong hóa vừa. Trong khối đá
có từ 2 ữ 3 hệ khe nứt chính và nhiều khe nứt dạng vô hớng.
Các khe nứt đợc lấp nhét bởi đất sét đất cát mềm bở, thấm nớc. Các hệ khe nứt cắt qua nhau, chia khối đá thành các Blocks
nhỏ và có xu hớng trợt vào tâm đờng hầm theo bề mặt các hệ
khe nứt nhẵn.
Khối đá vôi bao quanh đờng hầm thuộc loại chất lợng

trung bình cấp III ( theo phân loại chất lợng khối đá).
* Tờng hầm bên trái.
Có chiều dài khoảng 48 m. Phần cửa hầm tờng bên
trái dài hơn tờng bên phải khoảng 15,4 m do vậy cửa hầm có
dạng bị chéo góc. Phần tờng bên ngoài phía cửa hầm dài
khoảng 4,6m và phía cuối đờng hầm dài khoảng 3,6m là các
đoạn tờng dễ bị phá hủy, trợt lở nên cần đợc xử lý khi thi
công gia cố cửa hầm.
Phần cửa hầm dài khoảng 10,8 m và phần cuối đờng
hầm dài 6m vách đá vôi bị nứt nẻ mạnh theo 3 ữ 5 hệ chính và
nhiều khe nứt dạng vô hớng. Khối đá vôi ở cửa hầm thuộc loại
xấu ,có chỗ rất xấu xếp loại cấp IV ữ V.
Phần thân hầm dài khoảng 24m là đá vôi màu xám,
xam xanh, xám trắng bị phong hóa và nứt nẻ mạnh có từ 2ữ 3
hệ khe nứt chính và nhiều hệ khe nứt nhỏ vô hớng. Chất lợng
khối đá thuộc loại trụng bình, xếp loại cấp III.
2.3. Lựa chọn vật liệu kết cấu chống giữ.
2.3.1. kết cấu gia cố tạm đờng hầm.
Kết cấu gia cố tạm đảm bảo sự ổn định cho công
trình trong giai đoạn thi công và vận hành, trên cơ sở điều
kiện thực tế tuyến đờng hầm: có 4 phơng án gia cố tạm
trong thi công.
SV: Trần Quốc Ân
dựngCTN & Mỏ K48

16

Lớp Xây

Đồ án tốt nghiệp nghành Xây dựng CTN & Mỏ

Dạng I áp dụng trong vùng đá gốc, cấu tạo phân lớp dày ít
hoặc không nứt nẻ, kết cấu gia cố sử dụng bê tông phun dày
10cm. Kết hợp với neo điểm BTCT 25AII, chiều dài gia cố hầm
Ngô Ngã 30m, hầm Vụng Quao không có.
Dạng II áp dụng cho các vùng có lớp IB, IIA có mật độ khe
nứt vừa khoảng cách giữa các khe nứt không quá lớn gây tróc
lở. Kết cấu chính của dạng gia cố này là neo BTCT 25AIII,
a=1,5 x 1,5m; l = 3,0m và phun bê tông dày 10cm. Chiều dài
hầm Ngô Ngã 20,02m; hầm Vụng Quao 18,0m.
Dạng III áp dụng cho các vùng đá lớp IB, IIA nứt nẻ mạnh
mật độ và chiều sâu khe nứt lớn tạo lên hiện tợng vỡ vụn, sạt
lở hoặc karst tại vị trí công trình đi qua. Kết cấu chính của
dạng gia cố này là vòm thép H20 và đổ bê tông M300 dày
20cm. Vòm thép H20 đóng vai trò là kết cấu chống tạm
trong quá trình thi công sau khi đổ bê tông chúng trở thành
cốt cứng. Chiều dài dạng III hầm Ngô Ngã là 14,61m.
Dạng IV áp dụng tại vị trí cửa và cổ hầm, chiều dài gia
cố dạng này tuỳ thuộc vào điều kiện địa hình, địa chất tại
vị trí mỗi cửa hầm. Tổng chiều dài hai cửa hầm Ngô Ngã
13,82m của hầm Vụng Quao 41m. Để đảm bảo cho việc khai
mở hầm và vận hành đợc an toàn, kết cấu chính của dạng
gia cố này là vòm thép H20 và đổ bê tông M300 dày 35cm
sau khi dựng vì chống.
Tuỳ theo tình hình địa chất thực tế thi công để áp
dịng các dạng gia cố cho phù hợp.
2.3.2. Kết cấu vỏ chống cố định.
Kết câú vỏ chống cố định cho toàn bộ đờng hầm
bằng bê tông cốt thép M300, cốt thép AII với các đặc tính kỹ

thuật nh sau:
Bảng 2.4: Các số liệu
của vật liệu vỏ hầm
Vật liệu
Các thông số
Kí
Đơn
Giá trị
hiệu
vị
Cờng độ giới hạn kéo
Rk
kG/cm 15
2
Bêtông
M300
Mô đun đàn hồi
Eb
kG/cm 26600
2
0
Cờng độ chịu nén
Rn
kG/cm 13,5
2

SV: Trần Quốc Ân
dựngCTN & Mỏ K48

17

Lớp Xây


Đồ án tốt nghiệp nghành Xây dựng CTN & Mỏ

Cốt
AII

Hệ số poatxông

à

Trọng lợng riêng

bt

kG/cm 2,4

E0

kG/cm 2,1.10

thép Mô đun đàn hồi

-

0,2

3

2

6

ứng suất kéo, nén cho [k]
kG/cm 2800
2
phép
2.4. Sơ bộ chọn chiều dày vỏ chống cố định
Công trình đờng hầm Vụng Quao là công trình có
tính chất vĩnh cửu, vỏ chống của đờng hầm đòi hỏi cao về
khả năng chịu lực, độ ổn định, tính chống thấm và yêu
cầu thẩm mỹ. Về mặt lý thuyết có thể có nhiều loại kết cấu
chống hầm khác nhau nh vỏ chống bằng bê tông, gạch đá,
kim loại...., song đối với đờng hầm Vụng Quao, ta chọn và sử
dụng vỏ chống bằng bê tông cốt thép liền khối làm kết cấu
chống cuối cùng, kết hợp với các kết cấu chống ban đầu khác
nh bê tông phun, vì neo....tùy theo tình hình địa chất cụ
thể.
Hình dạng kích thớc tiết diện ngang của đờng hầm
chính nh đã chọn ở trên có dạng vòm bán nguyệt và tờng
thẳng , vỏ chống ở đây vì thế đợc tính toán chia làm 2 phần:
Phần vòm nóc ( vòm bán nguyệt) và phần tờng.
Nh vậy với vỏ chống bằng bê tông, để sơ bộ xác định
kích thớc vỏ chống ta tính theo phơng pháp của Davdov,
chiều dày sơ bộ của vỏ chống bê tông đợc xác định theo
công thức:
- Chiều dày đỉnh vòm:
d0 = 0,06.

B1
.1 +
h0

B1
f






,m

(2.2)

Trong đó :
B1- Chiều rộng bên trong công trình, B1 = 11 m;
h0 = l0/ , với f = 6 thì = 2,75 thay vào công thức
ta có h0 = 1,98 m
f- Hệ số kiên cố của đất đá theo phân loại của
Protodiaconov, f = 6
Thay các giá trị vào công thức (2.2) ta có :
d0 = 0,06.
SV: Trần Quốc Ân
dựngCTN & Mỏ K48

11
11

= 0,3 m
.1 +
1,98
6

18

Lớp Xây


Đồ án tốt nghiệp nghành Xây dựng CTN & Mỏ

Xét điều kiện :
Nếu 2.a
8 .A
( Với A =

f .h0
2.a

( 2.3)

) thì vỏ chống sẽ có dạng chiều dày không

đổi.
Thật vậy, 2a = 11 m 8 . A=8,05 m
Nên vỏ chống ở đây phải có dạng có chiều dày thay đổi.
Chiều dày d tại chân vòm đựơc lấy theo kinh nghiệm
d = 1,25 . d0 = 1,25. 0,3 0,4 m.
Chiều dày của tờng hông cũng đợc lấy bằng chiều dày chân

vòm nóc:
dt = d = 0,4 m.
Chiều rộng móng lấy bằng: dm = 1 m.
Chiều sâu móng, theo kinh nghiệm và tính toán, lấy h m =
0,7 m.
*Kiểm tra lại chọn dạng vòm nóc:
Theo Davdov, dạng vòm nóc phụ thuộc vào tỷ lệ giữa chiều
rộng và chiều cao của vòm phá hủy đá, chiều rộng ( khẩu độ
đờng hầm ). Theo đó, nếu vòm nóc có dạng vòm bán nguyệt
thì nó phải thỏa mãn điều kiện:
2.a 2,8 . (a/h0)2
(2.4)
Thậy vậy : 2.a = 11,8 m 2,8 . (5,9/2 )2 24,8 m nên dạng
vòm đã thỏa mãn điều kiện.
2.5. tính toán tải trọng tác dụng lên kết cấu chống
2.5.1. Tính chiều cao vòm sụp lở của đất đá.
Hiện nay có rất nhiều tác giả đa ra các phơng pháp
tính chiều cao vòm sụt lở nh : phơng pháp của giáo s
M.M.Prôtôđiacônôp, Trimbarevich, Bôritxôp, Moxtkov...
Mỗi phơng pháp khác nhau sẽ áp dụng trong các điều kiện
địa chất, địa chất thuỷ văn, chiều sâu công trình, tính
chất cơ lý của đất đá... khác nhau. Qua quá trình phân
tích tính toán, đối với đờng hầm Vụng Quao ta sử dụng phơng pháp của V.M.Moxtkov là hợp lý hơn cả[2].
Moxtkov cho rằng xung quanh đờng hầm sẽ tạo thành vùng
đá yếu bị phá hoại, vùng này ban đầu có thể coi nh môi
truờng rời nằm trong trạng thái cân bằng giới hạn. Phân tích
các đờng giới hạn phá huỷ, Moxtkov đã biểu diễn đợc chúng
bằng phơng trình đờng cong logarit:
SV: Trần Quốc Ân
dựngCTN & Mỏ K48

19

Lớp Xây


Đồ án tốt nghiệp nghành Xây dựng CTN & Mỏ

= R0 .e m .

Trong đó:
phá huỷ.

-

Khoảng cách từ tâm vòm đến đờng giới hạn

R0- Bán kính vòm hầm.
m- Hệ số phụ thuộc vào tính chất cơ học của đất
đá, xác định bằng phơng pháp thống kê các tài liệu trong
quá trình xây dựng: đá rắn chắc có m=0 ữ 0,05, đá chắc
và nứt nẻ trung bình có m=0,1 ữ 0,15; đá cứng trung bình,
nứt nẻ và phong hoá mạnh có m=0,2 ữ 0,3.
- Góc giữa phơng nằm ngang và bán kính véc tơ
nối điểm đang xét với đỉnh vòm.

Hình2.3. Sơ đồ tính chiều cao vòm sụt lở

Chiều sâu vòm phá huỷ lớn nhất tính tại đỉnh vòm giới hạn,
ứng với = /2 đợc xác định theo công thức sau:

hfh= n.B với

n=

m.


2

1

2 sin 0
2
e

(2.7)

Trong đó: B- Chiều rộng hầm
0 - Góc ở tâm của vòm hầm.
Thay số vào công thức (2.7) ,ta đợc:

SV: Trần Quốc Ân
dựngCTN & Mỏ K48

20

Lớp Xây


Đồ án tốt nghiệp nghành Xây dựng CTN & Mỏ

n=

e

0,1.

3,14
2

1

900
2. sin
2

= 0,11

Vậy chiều cao vòm phá huỷ: hfh= 0,11.12,2 =1,34 m
2.5.2. áp lực đất đá tác dụng lên kết cấu chống
áp lực đất đá xung quanh các công trình ngầm nói
chung bao gồm ba loại áp lực chủ yếu: áp lực nóc, áp lực hông,
áp lực nền. Tuy nhiên theo điều kiện địa cơ học thực tế mà
các loại áp lực này sẽ xuất hiện với mức độ khác nhau.
Hiện nay có nhiều phơng pháp tính áp lực đá xung
quanh tác dụng lên vỏ chống công trình ngầm. Với các công
trình có tiết diện lớn nh hầm Vụng Quao và đợc đào trong
đất đá tơng đối cứng chắc, việc áp dụng các giả thiết phổ
biến tính áp lực đất đá của M.M Protodiaconov hay của P.M.
Tximbarevich là không phù hợp với thực tế các giả thiết trên

chỉ phù hợp với các công trình ngầm có tiết diện nhỏ nh các
đờng lò nhỏ và đào trong đất đá có độ cứng f dới trung
bình. Trong trờng hợp này sử dụng giả thiết của Mostkov để
tính toán là thích hợp nhất hiện nay.
* áp lực nóc phân bố đều và đợc tính theo công thức:
Pn = k . . hfh ; T/m2
(2.8)
Trong đó:
Pn - áp lực nóc tác dụng lên kết cấu chống.
k- Hệ số vợt tải, đối với áp lực thẳng đứng của địa
tầng thì k = 1,5
- Trọng lợng thể tích của đất đá, = 2,62 T/m3.
hfh - Chiều cao vòm phá hủy, hfh = 1,34 m.
Thay số vào (2.8) ta đợc:
Pn = 1,5. 2,62.1,34 = 5,266 ; T/m2
áp lực nóc còn bao gồm cả tự trọng bản thân của lớp bê tông
làm vỏ chống là:
qn = Pn + g , T/m2.
Trong đó:
Pn - áp lực nóc, Pn = 5,427 , T/m2
g- Trọng lợng bản thân vỏ hầm (có kể đến cả
SV: Trần Quốc Ân
dựngCTN & Mỏ K48

21

Lớp Xây


Đồ án tốt nghiệp nghành Xây dựng CTN & Mỏ

30% vữa chèn),T/m2
Tại đỉnh vòm, g = g0 đợc xác định theo công thức:
g = 1,3. bt .d , T/m2
(2.9)
với 1,3- Hệ số kể đến lợng vữa chèn sau vỏ chống;
bt - Trọng lợng thể tích của bê tông, bt = 2,3
T/m2.
d - chiều dày vỏ chống bê tông đã chọn d = 0,3
m.
Do đó : g0 = 1,3. 2,3 . 0,3 = 0,897 T/m2
Tại chân vòm, g = g1 = 1,345 T/m2
Vậy tải trọng thẳng đứng phân bố có dạng hình thang, có
đáy nhỏ tại đỉnh vòm, đáy lớn tại chân vòm:
q1 = 5,427 + 0,897 = 6,324 T/m2
q2 = 5,427 + 1,345 = 6,772 T/m2
* áp lực sờn:
Sau khi đào khoảng trống tạo không gian công trình ngầm,
khối đất đá xung quanh sẽ bị phá hủy gây nên áp lực tác
dụng tác dụng tác dụng lên kết cấu chống. Khối đất đá bên
hông công trình ngầm bị phá hủy sụt lở gây nên áp lực
hông. Ngoài ra, áp lực hông còn có thể bị gây nên bởi áp lực
của khối đá bên trên đè xuống( áp lực nóc).
tính toán áp lực hông hiện nay phổ biến là giả thuyết của
giáo s P.M Tximbarevich( phát triển theo giả thuyết áp lực của
đất đá tác dụng lên tờng chắn của Culông), theo đó áp lực
hông phân bố có dạng hình thang, có các đáy là cờng độ áp
lực tại đỉnh và nền hầm, đợc xác định theo công thức:
- tại mức đỉnh vòm:
P1 = qh1 = .hfh.tg2 (450 - /2) ; T/m2 (2.10)

-tại mức nền:
P3 = qh3 = .(H1 + hfh).tg2 (450 - /2) ; T/m2 (2.11)
Trong đó:
- Góc ma sát trong của đất đá, = 810
H1 - chiều cao đờng hầm khi đào, H1= 9,2 m
- trọng lợng thể tích của đất đá, = 2,7 T/m3
hfh - chiều cao vòm phá hủy, hfh = 1,34 m
SV: Trần Quốc Ân
dựngCTN & Mỏ K48

22

Lớp Xây


Đồ án tốt nghiệp nghành Xây dựng CTN & Mỏ

Thay giá trị vào các công thức ở trên ta đợc:
P1 = 2,7.1,34.tg2[(900 - 810)/2] 0,022

T/m2.

P3 = 2,7.(1,34 + 9,2) . tg2[(900 - 810)/2] 0,17
T/m2.
Tuy nhiên để thuận tiện cho tính toán ta coi áp lực sờn là
phân bố đều với giá trị:
qs =

q s1 + q s 2
0,018 + 0,17

.k =
.1,2 = 0,11
2
2

T/m2.

Trong đó: k- hệ số vợt tải, k = 1,2.
*áp lực nền:
Theo giả thuyết của P.M. Tximbarevich, trong trờng hợp đào
hầm vào đất đá mềm yếu và ngậm nớc nhiều( nh đá phiến
sét), thờng có áp lực tác dụng lên nền của đờng hầm. Tác giả
còn cho rằng đất đá ở dới nền hầm chịu tải trọng do đất đá
ở hông và nóc hầm không ổn định. Dới tác dụng của tải
trọng này ở cả hai bên thành hầm, làm cho đất đá nền có
khuynh hớng bị đẩy vào phía trong hầm, do đó gây nên áp
lực nền. Cũng có trờng hợp do đất nền bị trơng nở gây nên
áp lực ở nền.
Chiều sâu tính toán áp lực nền:
0
0
0
4 90 81

H1 + h fh .tg
( 9,2 + 1,13).tg


2
2

= 3,96.10 4.m
x0 =
=
90 0
90 0 810


1 tg 4
1 tg 4




2
2





(

)

4 90

Do chiều sâu ảnh hởng của áp lực nền quá nhỏ nên ta
bỏ qua áp lực nền.

SV: Trần Quốc Ân
dựngCTN & Mỏ K48

23

Lớp Xây


Đồ án tốt nghiệp nghành Xây dựng CTN & Mỏ

Đơn vịtính áp lực: T/m2
Hình 2.4. Sơ đồ phân bố tải trọng tác dụng lên vỏ chống

2.6. Tính toán nội lực trong kết cấu chống cố định
2.6.1. Xác định nội lực ở trên vòm nóc
Ta thấy rằng tải trọng tác dụng đối xứng qua trục thẳng
đứng của tiết diện đờng hầm. Do vậy để tính toán ta chỉ
cần xét một nửa vòm. Sơ đồ tính toán nội lực trong vỏ
chống đợc đa ra trên hình 2.5 với chân vòm theo quy ớc coi
nh ngàm cứng. Khi đó tại đỉnh vòm: lực cắt Q 0 = 0, chỉ còn
mô men uốn M0 và lực dọc H0. Chọn hệ trục tọa độ Oxy nh
hình vẽ . Vòm đợc chia thành 6 đoạn bởi 7 mặt cắt.
Đơn vịtính áp lực: T/m2

Hình 2.5. Sơ đồ tính toán nội lực trong vòm
SV: Trần Quốc Ân
dựngCTN & Mỏ K48

24

Lớp Xây


Đồ án tốt nghiệp nghành Xây dựng CTN & Mỏ

Các thành phần nội lực ở mỗi tiết diện bất kỳ đợc xác
theo các công thức:
- Mô men :
Mx = M0 + H0.y - Px.px - Fy.ey
;
( 2.14)
- Lực dọc:
Nx = H0.cosy + Px.siny - Fy.cosy ;
(2.15)
-Lực cắt:
Qx = H0.siny - Px.cosy - Fy.siny
;
(2.16)
Độ lệch tâm đợc xác định theo công thức :
ex =

Mx
,m
Nx

định

T/m2

T/m2

T/m 2

(2.17)

- Nội lực trong đỉnh nóc vòm:
Các thành phần nội lực trong đỉnh vòm nóc đợc xác định
theo kết quả tính toán của cơ học kết cấu với chiều dày vòm
nóc d thay đổi ta có:
H0 =

M0 =



M q .y
d3

.

1
d3



y
d3

.

Mq
d3

2


y
y2
1


.
3
3
d
d
d3



y2
d3

.

Mq
d3

y
d3

.

(2.18)

M q .y

2

d3


y
y2
1


.
3
3 3
d
d
d

(2.19)

Trong các công thức trên :

x,y - tọa độ tiết diện mặt cắt (m) và đợc xác định
bằng các công thức sau:
x = R . ( 1 - cosy),
y = R . siny;
y - Góc nghiêng của mặt cắt so với phơng thẳng đứng,
độ
Mq- Mô men do tải trọng ngoài gây ra, T.m
Do số đoạn chia là chẵn nên để tính tổng i ở trên, ta sử
dụng công thức tính tổng của Simson, có dạng chung nh sau:
SV: Trần Quốc Ân
dựngCTN & Mỏ K48

25

Lớp Xây