B� GIAO THÔNG V�N T�I StuDocu is not sponsored or endorsed by any college or university Chương 6 Giao thông Hầm Hệ thống điều khiển giao thông đường bộ (Trường Đại học Công nghệ Giao thông Vận tải) St.
lOMoARcPSD|16867585 Chương Giao thông Hầm Hệ thống điều khiển giao thông đường (Trường Đại học Công nghệ Giao thông Vận tải) StuDocu is not sponsored or endorsed by any college or university Downloaded by tuan nguyen huu (tuannguyenhuudhspkt@gmail.com) lOMoARcPSD|16867585 CHƯƠNG CƠNG TRÌNH HẠ TẦNG HẦM GIAO THƠNG 6.1 KHÁI QT CHUNG VỀ CƠNG TRÌNH HẦM GIAO THƠNG 6.1.1 Khái niệm vệ hầm giao thông Hầm công trình nhân tạo nằm lịng đất có hai đầu nối thông với mặt đất dùng vào mục đích giao thơng, dẫn nước bố trí hệ thống kỹ thuật khác… Hầm nằm ngang nghiêng, trường hợp cơng trình bố trí theo phương thẳng đứng gọi giếng Ngày hầm sử dụng phổ biến lĩnh vực khác kinh tế quốc dân đặc biệt nước phát triển Đa số cơng trình hầm, đặc biệt hầm lớn dùng vào mục đích giao thơng hầm đường sắt, hầm đường bộ, đường thủy Một số cơng trình loại sử dụng hỗn hợp cho đường sắt ôtô Các công trình hầm hạng mục phổ biến việc xây dựng cơng trình thủy lợi đầu mối trạm thủy điện, cơng trình trị thủy… Trong xây dựng phát triển thành phố, đặc biệt thành phố đại, hầm sử dụng rộng rãi để bố trí mạng lưới giao thơng, để làm kho tàng, bể chứa, gara, bãi chứa xe mục đích đặc biệt khác Theo cơng dụng đặc biệt kết cấu hầm chia thành nhóm loại sau: Hầm đường giao thông: - Hầm đường sắt - Hầm xe điện ngầm - Hầm đường ôtô - Hầm cho người - Hầm đường thủy… Hầm thủy lợi: - Hầm trạm thủy điện, thủy tích điện - Hầm thủy nông: hầm dẫn nước tưới tiêu, cải tạo đất - Hầm đường cấp thoát nước - Hầm đường thủy Hầm để bố trí hệ thống kỹ thuật, đặc biệt quan trọng thành phố, khu dân cư, khu công nghiệp - Hầm cấp, thoát nước - Hầm để cấp hơi, cấp nhiệt - Hầm để bố trí mạng lưới thơng tin liên lạc, mạng điện hệ thống lượng khác… Hầm công nghiệp khai thác mỏ: - Hầm giao thông -1Downloaded by tuan nguyen huu (tuannguyenhuudhspkt@gmail.com) lOMoARcPSD|16867585 - Hầm thoát nước - Hầm thơng gió… Hầm có ý nghĩa đặc biệt: - Hầm dùng cho mục đích quân sự: hầm phòng tránh, hầm chiến lược, hầm chứa máy bay, tàu thuyền… - Các gara, kho tàng ngầm - Hầm cho nhà máy nhà máy điện nguyên tử, nhà máy quốc phịng có ý nghĩa đặc biệt… - Các trung tâm văn hóa, thương mại, nghỉ ngơi thành phố đại… Theo khu vực xây dựng - Hầm qua núi - Hầm đồng - Hầm thành phố… 6.1.2 Lịch sử xây dựng hầm giới Việt Nam a Trên giới Nguồn gốc việc xây dựng hầm phải kể đến việc tạo nên hang ngầm từ thời cổ xưa Từ lâu, trước công nguyên Babilon, Ai Cập, Hy Lạp La Mã công tác xây dựng ngầm tiến hành để khai thác khoáng sản, xây dựng lăng mộ, nhà thờ… sau để cấp nước giao thông Đáng kể hầm người cổ La Mã xây dựng vào mục đích cấp, nước giao thơng, số cịn giữ nguyên ngày Hầm đường sắt Mont Cénis Tunnel qua dãy núi Apls Pháp có lẽ hầm xây dựng phương pháp khí nén Việc phát triển xây dựng hầm gắn liền với việc phát triển công cụ phương tiện sản xuất Trình độ kỹ thuật xây dựng hầm tương ứng với trình độ phát triển sức sản xuất Tất hầm cổ xây dựng đá cứng không cần xây vỏ, nhiên hang có dạng vịm giống hang động tự nhiên Việc thi công dựa vào sức lao động nơ lệ nhờ cơng cụ thơ sơ chng, xà beng, phương pháp nhiệt: đốt nóng gương sau làm lạnh nước Sau đế quốc La Mã sụp đổ, xây dựng ngầm hoạt động khác loài người vào thời kỳ suy thoái kéo dài Trong thời kỳ công tác xây dựng ngầm chủ yếu dành cho mục đích chiến tranh Vào cuối thời kỳ trung cổ việc mở rộng quan hệ dân tộc việc rút ngắn đường buôn bán người ta xây dựng hầm đường thủy nối đường giao thông thủy ngăn cách dãy núi -2Downloaded by tuan nguyen huu (tuannguyenhuudhspkt@gmail.com) lOMoARcPSD|16867585 việc sử dụng thuốc nổ đen để phá đá Hầm đường thủy dài gần 160m xây dựng Pháp kênh Langedok năm 1679-1681 Việc xuất đường sắt nguyên nhân thúc đẩy nghiệp phát triển hầm sau Hầm đường sắt dài 1190m xây dựng năm 1826-1830 từ Liverpool đến Manchester Anh Cũng thời kỳ này, hầm đường sắt xây dựng Pháp nước Châu Âu khác Mặc dù việc xây dựng hầm phát triển chiều dài hầm xây dựng khoan tay thuốc nổ đen khơng vượt q 3,5Km Trình độ kỹ thuật hạn chế việc xây dựng hầm dài Việc tìm thuốc nổ Pirocxilin (1845) Đinamit (1866) với việc áp dụng thành công máy khoan đập xoay vào công việc mỏ tạo nên bước ngoặt xây dựng hầm tạo nên khả giải nhiệm vụ khó khăn nghiệp xây dựng hầm xây dựng hầm xuyên dãy Anper nối Pháp, Ý Thụy Sỹ Vào năm 1857-1871 xây dựng hầm Mont Cenis dài 12,85Km nối Pháp với Ý có độ chênh cao hai cửa hầm 132,28m- có lẽ hầm giới sử dung phương pháp đào khí nén Hầm Sin - Goithord dài 14,98Km nối Thụy Sỹ với Ý xây dựng vào năm 1872-1882 Trước chiến tranh giới lần thứ I, xây dựng tất 26 hầm có chiều dài lớn 5Km, có hai hầm dài giới: hầm Sinplon dài 19,78Km nối Ý Thụy Sỹ Hầm Sinplon I xây dựng năm 1898- 1906, hầm Sinplon II xây dựng đến năm 1921 Vật liệu chủ yếu để xây dựng vỏ hầm đá hộc xây vữa vôi vữa xi măng Vào năm 1889, lần đàu tiên sử dụng bê tông làm vỏ hầm Nhưng phần tư cuối kỷ XX bê tông trở thành vật liệu chủ yếu xây dựng hầm Sau chiến tranh giới lần thứ I, nhịp điệu xây dựng hầm giảm đến thời kỳ mạng lưới đường sắt hoàn thiện nước Châu Âu Trong số hầm xây dựng thời kỳ có hầm Apenhin B tuyến Phlorece Bolona (1920-1931) Đây hầm đường sắt tuyến đôi dài giới, có ga Cũng thời kỳ (1927) kết thúc việc xây dựng hầm đường thủy Rove dài 7,12Km tuyến Marcei - Ron Pháp có tiết diện ngang lớn giới 24,5x17,1m Cùng với hầm xuyên núi, hầm nước xây dựng Lúc đầu cho hầm đường sắt sau chiến tranh giới cho hầm đường ôtô Hầu hết hầm nước xây dựng phương pháp khiên đào kết hợp với khí nén có vỏ ghép từ mảnh chế sẵn gang gọi “vì chu bin” Khiên hầm sử dụng lần vào năm 1825, Brunel đề nghị để xây -3Downloaded by tuan nguyen huu (tuannguyenhuudhspkt@gmail.com) lOMoARcPSD|16867585 dựng hầm qua sông Thames (Anh) Tuy nhiên khiên hầm thừa nhận sau Barlau Greathead hoàn thiện cải tiến năm 1869 Chỉ riêng Newyork có 19 hầm lớn nước, đáng kể hầm Lincon sông Gudon đào phương pháp khiên đào bùn với tốc độ kỷ lục 13,5m hầm ngày đêm Hầm nước dài giới trước hầm đường sắt tuyến đơn vịnh Simonosec Nhật Bản dài 6,33Km năm 1936- 1941 Hầm nước có tiết diện ngang lớn hầm Mersey Anh xây dựng đá bán khiên khơng sử dụng khí nén (đường kính ngồi 14,1m) Trong năm gần xây dựng hầm nước kỷ lục hầm qua vịnh Sugar Nhật dài 36,2Km, hầm qua biển Manche nối Anh với Pháp dài gần 40Km Một phương pháp sử dụng rộng rãi với phương pháp khiên đào để thi công hầm nước phương pháp hạ đoạn dầm đúc sẵn từ bờ vào hào nước lấp đất trở lại Hầm giao thông sử dụng hỗn hợp sông Maac Hà Lan xây dựng năm 1938-1942 Hầm cho người Antwept Bỉ xây dựng vào năm 1931 có chiều dài 572m đào lịng sơng với độ sâu 31m, đường kính ngồi 4,74m, đường ng kính bên trong: 4.30 m, sàn lối đi: 31,57 m Tuyến đường xe điện ngầm Luân Đôn vận hành năm 1863 tuyến xe điện ngầm giới mở đầu thời kỳ xây dựng hệ thống xe điện ngầm thành phố lớn giới Đến giới đưa vào vận hành thống xe điện ngầm 30 nước thiết kế, thi công 30 hệ thống khác Một số hệ thống xe điện ngầm điển hình: Newyork (392,2Km-474 ga), London (387,9Km-247 ga), Paris (294,7Km-423 ga), Tokyo (197Km-192 ga), Moscow (217Km-134 ga)… (đây số liệu tính đến năm 1988) Đường hầm qua eo biển Manche nối Anh Pháp hoàn thành vào năm 1994 hầm đường sắt dài thứ hai giới (sau hầm đường sắt Seikan Nhật Bản) có chiều dài biển 50,45km (so với 23,3 km Seikan) Mười khên đào làm việc từ hai phía Eo biển (5 máy đào từ phía bờ nước Pháp, máy đào từ phía bờ nước Anh), cắt xuyên qua lớp đá phấn marl để xây dựng hai đường hầm đường sắt đường hầm dịch vụ Các ga đầu cuối tàu hoả nằm Cheriton (một phần Folkestone) Coquelles, nối với tuyến đường Anh Pháp Đây đường hầm có chi phí đắt với dự tốn tăng lên 80% so với dự tính -4Downloaded by tuan nguyen huu (tuannguyenhuudhspkt@gmail.com) lOMoARcPSD|16867585 Năm 1996, Hội Kỹ sư Dân dụng Mỹ, với Popular Mechanics, lựa chọn đường hầm Bảy Kỳ quan Thế giới Hiện đại Từ năm cuối kỷ hầm thủy lợi phát triển với quy mô lớn, đặc biệt hầm thủy điện Cho đến giới có 350 nhà máy thủy điện thủy tích điện ngầm với cơng suất 40 triệu KW Những cơng trình ngầm loại thường đạt số kỷ lục độ lớn tiết diện chiều dài Ở Liên xô trước gian máy thường có tiết diện ngang từ 200-500m , chiều dài từ 40 đến 200m, chiều cao 40m Ở Mỹ gian máy Bauderi dài 146m, rộng 23m, cao 58m… b Lịch sử xây dựng hầm Việt Nam Trước chiến tranh giới lần thứ I (1914-1917) khơng cơng trình hầm giao thơng xây dựng Từ năm 1926-1936 xây dựng 27 hầm đường sắt với tổng chiều dài 8,4Km theo tiêu chuẩn thiết kế Pháp Trong suốt chiến tranh chống Mỹ cứu nước, từ khoảng năm 1967- 1970 xây dựng khoảng 12 hầm đường sắt với tổng chiều dài 3,1Km Bên cạnh nhiều cơng trình hầm với mục đích quân xây dựng thời kỳ chiến tranh Như vậy, có tất khoảng 39 tuyến hầm đường sắt xây dựng với tổng chiều dài 11,5Km Hầm dài hầm Babonneau 1,2Km, hầm ngắn hầm Phú Yên dài 60,5m Những hầm đường sắt xây dựng nước ta thời kỳ thi công thủ công, chất lượng vật liệu thi công không cao sau thời gian dài khai thác khơng có tu bảo dưỡng, sửa chữa theo “Quy trình khai thác hầm giao thơng” nên chất lượng đến cịn thấp, có nguy ảnh hưởng đến chế độ chạy tàu Hiện dự án tu bảo dưỡng sửa chữa cơng trình hầm tuyến đường sắt Bắc – Nam triển khai tích cực nguồn vốn vay Chính phủ Nhật Bản (JBIC) Nhiều tuyến hầm lập dự án triển khai thi công thời gian sớm để đảm bảo an toàn, nâng cao chất lượng cho tuyến đường sắt quốc gia Hầm đường xây dựng hầm khoảng thời gian từ 1995-2004 quốc lộ 1A đường Hồ Chí Minh Hầm Dốc Xây (19951997), hầm Đèo Ngang (2003-2004) quốc lộ 1A Hầm A Roàng (20022003), A Roàng đường Hồ Chí Minh Hầm đường Hải Vân (20002005) hầm đường lớn Đông Nam Á, hầm Đèo Ngang, dự án hầm Đèo Cả nghiên cứu triển khai thi công -5Downloaded by tuan nguyen huu (tuannguyenhuudhspkt@gmail.com) lOMoARcPSD|16867585 Hầm cơng trình thủy điện xây dựng Việt Nam như: thủy điện Hịa Bình, Yaly, Đại Ninh… cơng trình thường có đặc thù tiết diện ngang lớn Hiện nay, hệ thống hầm cho người triển khai thi công số nút giao thông lớn thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội Kim Liên, Ngã Tư Sở, Ngã Tư Vọng, hầm cho người đường vành đai Hệ thống đường hầm nội đô, mê trô thành phố nghiên cứu triển khai áp dụng Hà Nội thành phố Hồ Chí Minh Bến Thành - Suối Tiên, Bến Thành - Bến xe miền tây, Nhổn - Lê Duẩn, Hà Đông - Lê Duẩn Như tương lai không xa, hệ thống đường hầm nội đô, không gian ngầm, mê trô phát triển thành phố lớn nước ta 6.2 KẾT CẤU CƠNG TRÌNH HẦM 6.2.1 Các dạng kết cấu hầm 6.2.1.1 Các dạng kết cấu nguyên khối Kết cấu đất đá cứng Về phương tiện lý thuyết, đất đá có hệ số độ cứng fkp > tồn khối khơng nứt nẻ thoả mãn điều kiện hầm không lát (hầm khơng chống) khơng cần bố trí kết cấu chịu lực bên trong, song song thực tế khó khơng cần bố trí chịu lực bên trong, song thực tế khó tồn trường hợp thoả mãn điều kiện lý tưởng đây, tính tới tác dụng loại bom đạn điều kiện sử dụng lâu dài, người ta thường bố trí kết cấu bên Đối với đất đá cứng, chiều cao vịm áp lực thường nhỏ, giá trị áp lực đất đá nhỏ để tận dụng tối đa không gian sử dụng bên người ta thường dùng loại kết cấu có dạng hình vịm tường thẳng với chiều dày vòm tường bên nhỏ Các kích thước kết cấu ngun khối hình vòm tường thẳng là: - l0 khâu độ sử dụng; - f chiều cao vịm; lấy theo cơng thức kinh nghiệm sau đây: Trong l0 tới 30m hay lớn Kết cấu đất đá cứng trung bình Trong đất đá cứng trung bình (theo bảng phân loại M.M.Prơtơđjkơnơp fkp =0,8-4), để đảm bảo sử dụng hợp lý không gian bên thi công thuận lợi -6Downloaded by tuan nguyen huu (tuannguyenhuudhspkt@gmail.com) lOMoARcPSD|16867585 sử dụng kết cấu dạng hình vịm tường thẳng, nhiên trường hợp này, chiều dày kết cấu tăng lên, đáy chọn hai trường hợp sau đây: Khi fkp = 0,8-1; đáy kiểu vòm ngửa; Khi fkp = 1-4: Chọn đáy phẳng Các kích th-ớc lấy theo cơng thức kinh nghiệm sau đây: Trong khâu độ sử dụng đến 30m Ngồi kết cấu dạng hình vịm tường thẳng đây, để tận dụng tối đa khả chịu lực kết cấu giảm bớt chiều dày, người ta sử dụng loại kết cấu gồm nhiều cung tròn tạo lên - kết cấu hình móng ngựa Chiều dày kết cấu cố định thay đổi Thơng thường để thi công thuận lợi người ta nắn mép ngồi kết cấu thẳng xuống (hình 31) Bản đáy chọn trên: Kết cấu đất đá yếu Trong đất đá yếu (fkp < 0,8) tuỳ theo yêu cầu sử dụng, chọn kết cấu dạng hình vịm tường thẳng hay hình móng ngựa phải tăng chiều dày lên Ngồi hai dạng kết cấu sử dụng kết cấu dạng tròn hay elip loại kết cấu có khả chịu lực tiết kiệm vật liệu tốt Khi điều kiện sử dụng địi hỏi phải có khơng gian bên lớn chọn giải pháp kết cấu nhiều tầng hay nhiều nhịp -7Downloaded by tuan nguyen huu (tuannguyenhuudhspkt@gmail.com) lOMoARcPSD|16867585 6.2.2 Cấu tạo vỏ hầm 6.2.2.1.Vật liệu làm vỏ hầm Kết cấu chịu lực thường xun cơng trình ngầm dùng để tiếp nhận tất tải trọng để bảo vệ cơng trình khỏi nước ngầm Vật liệu dùng để xây dựng cơng trình, cần phải có độ bền cao, chống cháy chống ăn mịn hoá chất điện hoá Các vật liệu thoả mãn yêu cầu loại bê tông, bê tông cốt thép (BTCT), thép, gang Khi thi công kết cấu bê tông, mác bê tông thiết kế theo độ bền không nhỏ 200 Chiều dày chi tiết chịu lực không nhỏ 20cm Đối với kết cấu BTCT không ứng lực trước, mác bê tông theo độ bền lấy 200 MPa chi tiết đổ chỗ, 300 MPa chi tiết lắp ghép, cịn chiều dày 15cm Đối với BTCT ứng suất trước, mác bê tơng 300 MPa Mác bê tơng chống thấm B-6 cho kết cấu nằm đất có độ ẩm tự nhiên Cường độ tính tốn bê tơng kết cấu bê tông BTCT lấy tương ứng với tiêu chuẩn hành Trong xây dựng đường hầm, người ta sử dụng rộng rãi loại bê tông - phun, phun lên phía mặt hầm đào nhờ tác dụng khí nén Chiều dày lớp bê tơng - phun khoảng 3-5cm, cịn chiều dày tồn sàn đạt 20cm lớn Tỷ lệ xi măng – nước 0,35-0,5 Khi chiều dày sàn 8-10cm bê tông - phun gia cường lưới cốt thép hay cốt sợi Bê tơng - phun có đặc tính độ bền cao, độ bền kéo khoảng 10% cao so với bê tông thường ưu điểm bê tơng - phun kết dính tốt với đất (1,5-2,5MPa) với thép (2,5-4,5MPa) kể độ chặt cao chống thấm tốt Trong thời gian gần đây, người ta ứng dụng bê tông - phun gia cường cách rải kim thép dài 20-25cm đường kính 0,4-0,5mm, vật liệu cịn gọi bê tông cốt kim bê tông cốt sợi Các cốt kim cốt sợi đưa vào thành phần hỗn hợp khô với số lượng 3-5% theo trọng lượng (khoảng 140kg/m hỗn hợp) Bê tông phun có cốt rải đặc trương độ bền (R nén tăng 1,3-1,5 lần, R K uốn tăng 1,2 lần) tính biến dạng cao -8Downloaded by tuan nguyen huu (tuannguyenhuudhspkt@gmail.com) lOMoARcPSD|16867585 Khi xây dựng đường khiên, nhiều trường hợp, người ta sử dụng vỏ hầm liền khối từ bê tông nén ép Vữa bê tông, thành phần thực tế không khác bê tông thường, có tỷ lệ xi măng n-ớc 0,5-0,6 đổ vào khn cốp pha ép nhờ kích thiết bị kích tự động áp lực tới 5MPa Nhờ ép phần nước, hỗn hợp bê tông đạt tỷ lệ xi măng nước 0,3-0,5 vỏ hầm có độ bền tính cách nước Chỉ sau ngày đêm độ bền bê tơng đạt 10MPa Để xây dựng cơng trình ngầm sử dụng bê tơng pơlyme chất kết dính thay nhựa tổng hợp Bê tơng Pơlyme có đặc trưng độ bền nén cao (tới 70-80MPa) độ bền kéo 6,4-7Mpa lớn bê tông thường Các mẫu Bê tơng Pơlyme khơng nuớc áp lực tới 2-2,5MPa Bê tơng Pơlyme có độ bền hố chất có số dính kết với thép cao (6,5-8MPa) chúng sử dụng để đổ chỗ sản xuất chi tiết lắp ghép Tuy nhiên, sử dụng rộng rãi Bê tông Pôlyme xây dựng công trình ngầm bị hạn chế tính chảy dẻo chưa xác định độ bền theo thời gian Sử dụng bê tông pôlyme - bê tông dùng chất kết dính khống chất thâm nhập pơlyme d-ới áp suất nhờ có độ chặt tính chống thấm cao Trong tương lai xây dựng cơng trình ngầm, sử dụng bê tông dự ứng Bê tông dự ứng lực đặc trưng độ chặt cao, không thấm nước khí, bền nứt dùng để đổ chỗ sản xuất chi tiết đúc sẵn cho cơng trình ngầm 6.2.2.2 Kết cấu lắp ghép Kết cấu lắp ghép cơng trình ngầm , so với kết cấu nguyên khối , có đặc điểm khác sau: 1, Có khả chịu toàn tải trọng sau lắp ghép ; 2, Thay đổi hình dáng cưa đất đá chuyển dịch không nhờ cấu tạo khớp; 3, Tính mềm (tính linh động) nhờ cấu tạo lớp đệm mềm (biến dạng) phần tử kết cấu Khả chịu lực kết cấu lắp ghép phụ thuộc nhiều vào chất lượng nhồi không gian kết cấu đất đá Lớp nhồi thường sử dụng đất đá cục làm giảm khả chịu lực kết cấu lắp ghép Lớp nhồi có hiệu nhồi vữa xi măng – cát lẫn đá thải Kết cấu lắp ghép với phân tố có mối nối phẳng cứng , thường không phụ thuộc vào liên kết kéo (thường liên kết bu lông) liên kết chặt với đất đá nhờ nén trước (dự ứng lực ) hay nhờ nhồi chặt khoảng khơng gian cịn lại -9Downloaded by tuan nguyen huu (tuannguyenhuudhspkt@gmail.com) lOMoARcPSD|16867585 Vị trí cửa hầm Vị trí cửa hầm xác định từ thơng số kết cấu kinh tế, có xét tới điều kiện cụ thể khu vực đặt cửa Việc tăng chiều sâu đường đào trước cửa hầm làm tăng giá trành cửa hầm, bạt dốc đỉnh hầm gia cố chúng Các yếu tố để định vị trí cửa hầm tuyến bình đồ trắc ngang đường, điều kiện địa hình, địa chất khu vực cửa hầm Nói chung, điều kiện địa chất xung quanh khu vực cửa hầm không đạt khả ổn địnht tầng phủ mỏng điều kiện địa chất không thuận lợi Khi đưa hầm vào sử dụng, cửa hầm nơi thường chịu ảnh hưởng hiểm họa thiên nhiên khí tượng học chẳng hạn đá lở, tuyết lở, dịng đất đá động đất Đơi hầm chịu tải trọng lớp đất đá phủ áp suất trái đất sau hầm sử dụng Các điều kiện yếu tố ảnh hưởng đến lựa chọn vị trí cửa hầm Để có hiệu ứng vịm áp lực đất xung quanh hầm, độ dày tối thiểu lớp phủ đỉnh ịm hầm phải lớn 2D (D: đường kính hầm) Vị trí cửa hầm tính theo đánh giá dạng giản đồ theo mặt cắt ngang dọc xung quanh cửa hầm phải có độ dày lớp phủ đỉnh vòm lớn 5m [Chương NATM] Chiều dài mặt cắt cửa hầm nơi có hệ thống chống đỡ có tải trọng lớn định khoảng cách từ cửa hầm có độ dày lớp phủ nhỏ lần đường kính hầm 6.4.1 Trắc ngang hầm Mặt cắt ngang hầm đường bộ; Kích thước hầm mặt cắt bên hầm tính theo phân loại mục đích sử dụng Mặt cắt bên hầm phù hợp theo kích thước hầm, thiết bị - 31 Downloaded by tuan nguyen huu (tuannguyenhuudhspkt@gmail.com) lOMoARcPSD|16867585 thơng gió, thiết bị chiếu sáng, thiết bị cấp cứu, biển báo, vv dung sai cho phép sai sót thi cơng Các hạng mục sau phải xem xét thiết kế hầm đường - Lượng giao thông dự báo - Vận tốc thiết kế - Số xe - Chiều rộng xe - Chiều rộng lề đường - Khu vực phòng hộ - Chiều rộng khu vực phịng hộ - Tĩnh khơng hầm Khổ giới hạn kiến trúc biên đường hầm đường sắt Khổ giới hạn hầm: khoảng trống có kích thước giới hạn chiều cao, chiều rộng hầm để đảm bảo điều kiện vận tải an toàn theo tiêu chuẩn đường hành Hình dạng kích thước mặt cắt ngang hầm xác định công dụng nó; Khơng gian bên cần đảm bảo cho phương tiện giao thơng, người lại làm việc bình thường, đủ bố trí trang thiết bị cần thiết Vì mặt cắt ngang hầm phải thoả mãn khổ hầm quy định loại giao thông (gabarit): Khổ hầm đường biên (chu vi) không cho phép phận cơng trình vĩnh cửu xâm phạm vào bên kể sai lệch đào hang xây vỏ - 32 Downloaded by tuan nguyen huu (tuannguyenhuudhspkt@gmail.com) lOMoARcPSD|16867585 Khổ giới hạn áp dụng tạm thời cho kiến trúc thiết bị cũ chưa cải tạo gần đường khổ 1000mm lồng thêm đường khổ 1435mm Khổ giới hạn đầu máy toa xe ĐSĐT (TCVN 8585-2011) - 33 Downloaded by tuan nguyen huu (tuannguyenhuudhspkt@gmail.com) lOMoARcPSD|16867585 Khi hầm nằm đường cong phải bố trí siêu cao phải mở rộng khổ hầm Khn vỏ hầm Ngoài yếu tố khổ hầm , chọn hình dạng bên cần xét tới điều kiện thi công, khai thác kinh tế Giữa vỏ khổ hầm cần bố trí tất trang thiết bị cần thiết cho khai thác cơng trình; đảm bảo an toàn cho nhân viên phục vụ sửa chữa Thường với đường sắt, tàu điện ngầm thường có kể tới bố trí hệ thống chiếu sáng, thơng tin, tín hiệu cáp điện v.v Cho tới chưa có quy định mẫu Chỉ xét ví dụ: Hầm đường sắt theo thiết kế Liên Xô cũ: gồm đèn pha; 2- đèn chiéu sáng chung, hộp đấu lưới điện , đèn cịi tín hiệu , nút bấm báo cố.vv Khi dùng đầu máy điện để treo dây dẫn, phần vòm vỏ hầm có bố trí hốc rộng 60cm cách 20m dọc theo tim hầm Trong đất đá cứng áp lực bên tác dụng lên kết cấu (áp lực hơng - f KP >4) cấu tạo tường thẳng đứng.Trong trường hợp thiết bị nên bố trí phần vịm vách hầm ép sát vào phần thẳng đứng khổ hầm Việc tạo nên hốc nằm phần vòm để treo dây dẫn điện kể thư gây khó khăn thi công, tốt hết tận dụng không gian thừa bên đỉnh vịm khơng cần phải thay đổi hình dáng khn vỏ hầm Đẻ đảm bảo yêu cầu phải tăng khoảng cách từ phần nằm ngang khổ hầm đến đỉnh khuôn vỏ hầm Việc nâng cao khn cịn có ý nghĩa cải thiện làm việc kết cấu - 34 Downloaded by tuan nguyen huu (tuannguyenhuudhspkt@gmail.com) lOMoARcPSD|16867585 Khoảng cách từ điểm tiêu chuẩn khổ hầm tới khn vỏ hầm cần có khoảng dự trữ, đề phịng sai lệch thi cơng Khoảng dự trữ định điều kiện địa chất phương pháp đào hầm.Ví dụ đá cứng đào theo PP lần toàn bọ gương lượng dự trữ nhỏ đất đá yéu thi công pp đào - chống phận Ở điểm góc phía khổ hầm lấy 150-100mm; chỗ chuyển từ phần nghiêng sang phần thẳng đứng khổ hầm %0-100mm Để đảm bảo an toàn cho người phục vụ , hầm đường sắt dọc theo hai bên vách có bố trí hang tránh: rộng 2m, sâu 1m, cao (tính từ đỉng vịm hang ngách ) 2m, cách 60m bố trí xen kẽ hai vách hầm Để bố trí thiết bị phục vụ tu bảo dưỡng , sửa chữa, hầm cịn bố trí hầm (buồng) ngách cách 300m kích thước buồng kho rộng 4m, cao2,8m, sâu2,5m Khi hầm dài 300-400m bố trí có buồng Trong hầm tròn(hầm nước) thường bố trí sàn tránh rộng 0,7m ,cao mặt ray không 1m cachs 30 m dọc theo hai bên hầm thay cho hang tránh Để đảm bảo tầm nhìn, hang ngách sàn tránh sơn hay ốp gạch mầu trắng Khuôn hầm ôtô cần chọn cho đủ bố trí đường dẫn gió khơng gian khổ hầm vỏ hầm Diện tích đường dẫn gió xác định theo tính tốn Trong hầm bố trí buồng kho tương tự hầm đường sắt Hình dạng khn vỏ hầm , việc thoả mãn yêu cầu khai thác, phải hợp lý phương diện chịu lực, phù hợp với vật liệu phương pháp thi công Điều kiện địa chất địa chất thuỷ văn nơi đặt hần yếu tố định nhiều việc chọn khuôn vỏ hầm đa số trường hợp định hình dạng, vật liệu kết câu vỏ phương pháp thi công Cố gắng S > Bêtông vật liệu chủ yếu làm vỏ- chịu nén tốt, cần chọn vỏ cho tiết diện ứng suất nén chủ yếu., muốn đường cong áp lực phải gần với trục vỏ Khi chân vịm bất động trục hợp lý vòm trùng với đường cong áp lực Nếu tải trọng phân bố hướng tâm đường cong áp lực đường tròn tải thẳng đứng phân bố đường cong parabơl bậc hai Tuy nhiên điều khó thực thực tế do: chân vịm khơng cố định tuyệt đối, tải trọng phân bố phức tạp, co ngót bêtơng, lưu biến v.v Từ nguyên tắc chọn khuôn vỏ: - Trục vỏ đường trơn; - 35 Downloaded by tuan nguyen huu (tuannguyenhuudhspkt@gmail.com) lOMoARcPSD|16867585 - Khi tải trọng thẳng đứng chiếm ưu thế, vòm phải đủ cao có dạng parabơl bậc hai, đỉnh vịm có độ cong lớn phần dưới; - Khi áp lực hơng lớn : tường nên cong phía địa tầng Một số loại khuôn hầm thoả mãn yêu cầu sau: - Trong đá cứng: (q khơng lớn) tường thẳng đứng, vịm hay tâm (loại có sai lệch lớn trục vịm đường cong áp lực; - Khi có e khn thường có dạng đường cong ba hay tâm - Trong địa tầng không ổn định, ngậm nước-vỏ kín đáy có vịm ngửa hay trịn; Cần cố gắng để cốp pha khn vỏ bị thay đổi Chỉ thay đổi khi: - Áp lực đất đá hay thuỷ văn thay đổi đột ngột; - Khi gặp đới phá hoại kiến tạo hay tượng trượt địa chất Tiết diện mặt cắt ngang hầm lớn có dạng hình trịn dạng có đường cong trơn Việc lựa chọn tiết diện hầm tùy theo yêu cầu sử dụng hầm Ngoài ra, vỏ hầm phải đảm bảo yêu cầu giảm thiểu mơ men uốn vỏ hầm chi phí xây lắp vỏ Các yếu tố khác sở để lựa chọn tiết diện hầm là: thơng gió, an toàn, quản lý rủi ro tránh tải Có ba dạng mặt cắt ngang sử dụng chủ yếu hầm đường hình trịn, hình hộp (trong đào lộ thiên) hình vịm (hình móng ngựa hay cịn gọi hình vịm tường cong) Hình dạng hầm phụ thuộc nhiều vào phương pháp xây dựng hầm điều kiện đất đá Ví dụ, dạng mặt cắt ngang hình hộp thường xây dựng phương pháp đào hở (cut and cover), phương pháp hầm dìm (immersed) Dạng mặt cắt ngang hình trịn thường sử dụng hầm thi công phương pháp giới (TBM), phương pháp mỏ… Với dạng đường cong trơn hệ số điều chỉnh (bán kính đường trịn liên tiếp không lớn (r /r < 5) bán kính cong nhỏ khơng 1,5m Chú ý điều kiện đất yếu phần chịu tải vỏ hầm lớn xuất hầm, nên thiết kế vòm ngửa để tăng khả chịu tải vỏ hầm Có thể tham khảo cách xác định sơ kích thước hình học hầm sau: - 36 Downloaded by tuan nguyen huu (tuannguyenhuudhspkt@gmail.com) lOMoARcPSD|16867585 Hình 1.8 Ví dụ mặt cắt tiêu chuẩn hầm đường TC Nhật Bản (hai xe có phần đường kiểm tra ) - 37 Downloaded by tuan nguyen huu (tuannguyenhuudhspkt@gmail.com) lOMoARcPSD|16867585 Hình 1.9 Mặt cắt ngang tiêu chuẩn hầm đường TC Nhật Bản (ba xe có lối bộ) H1.10 Mặt cắt ngang tiêu chuẩn hầm đường sắt TC Nhật Bản (đường đơn) - 38 Downloaded by tuan nguyen huu (tuannguyenhuudhspkt@gmail.com) lOMoARcPSD|16867585 H1.10 Mặt cắt ngang tiêu chuẩn hầm đường sắt TC Nhật Bản (đường đôi) - 39 Downloaded by tuan nguyen huu (tuannguyenhuudhspkt@gmail.com) lOMoARcPSD|16867585 - 40 Downloaded by tuan nguyen huu (tuannguyenhuudhspkt@gmail.com) lOMoARcPSD|16867585 6.5 GIẢI PHÁP THI CÔNG HẦM GIAO THƠNG Đặc điểm thi cơng hầm a)Thi cơng cơng trình ngầm tiến hành điều kiện khác hẳn so với cơng trình mặt đất: diện tác nghiệp hẹp, triển khai cơng việc khó khăn, tuyến thi cơng cơng trình kéo dài, việc liên hệ mặt xây dựng bên khu vực thi cơng bên cơng trình ngầm phức tạp Trong suốt q trình thi cơng phải sử dụng ánh sáng, thơng gió nhân tạo , đồng thời phải tiến hành biện pháp nhằm đảm bảo sức khoẻ người an toàn lao động nh-: giảm nhiệt độ, khử bụi khí độc v.v b) Điều kiện địa chất, địa chất thuỷ văn đa dạng phức tạp xây dựng cơng trình ngầm th-ờng khơng theo thiết kế mẫu mà tiến hành cho công trình riêng Hơn số liệu điều tra, khảo sát khơng đầy đủ hồn chỉnh cơng trình xây dựng mặt đất cần bổ xung kịp thời q trình đào có dự kiến khắc phục khó khăn xảy thi công c) Khối lượng đất đá, vật liệu cần vận chuyển lớn địi hỏi phải có biện pháp hợp lý để đảm bảo kế hoạch thi công d) Tất phương pháp thi cơng cơng trình ngầm có đặc điểm chung phải đồng thời tiến hành nhiều công việc khác (đào, chống tạm, bốc dỡ, vận chuyển, thi công vỏ v.v ),tất cơng việc liên hệ chặt chẽ với q trình thi cơng Các phương pháp thi công hầm Thi công hầm phương pháp lộ thiên (phương pháp đào hở) - 41 Downloaded by tuan nguyen huu (tuannguyenhuudhspkt@gmail.com) lOMoARcPSD|16867585 Phương pháp lộ thiên (phương pháp đào trần) thường áp dụng cho hầm đặt nông, có mặt đủ rộng cho phép triển khai công tác mặt đất Tùy thuộc vào đặc điểm cơng trình, điều kiện địa chất thủy văn mà ta áp dụng phương pháp cụ thể khác như: phương pháp đào hố móng, phương pháp dùng chống di động, đào hạ giếng, phương pháp tường đất Tuy nhiên, trình xây dựng thường bao gồm bước sau: - Đào chống vách - Lắp ghép cấu kiện đổ bê tơng vỏ hầm tồn khối, lắp đặt lớp phịng nước (nếu có) - Lấp lèn đất đá bên xung quanh cơng trình, hồn thiện Một phương pháp thi công hầm vượt chướng ngại nước lộ thiên việc thi công theo công nghệ hầm dìm Thi cơng hầm phương pháp đào kín (đào ngầm) Khi thi cơng hầm phương pháp đào kín, tùy thuộc vào đặc điểm cơng trình điều kiện địa chất thủy văn mà ta áp dụng phương pháp sau: phương pháp khoan nổ truyền thống, phương pháp khiên đào, phương pháp khoan đào, phương pháp kích đẩy, phương pháp đặc biệt (phương pháp giếng chìm ép, phương pháp làm lạnh, phương pháp phun vữa, phương pháp nổ ép…) Thi cơng hầm theo phương pháp mỏ Phương pháp gọi nhiều tên gọi khác như: phương pháp khoan nổ, phương pháp đào mỏ, đào moi, đào chui, áp dụng xây dựng đường hầm có tiết diện ngang dạng bất kỳ, hầu hết điều kiện địa chất thủy văn Quá trình xây dựng đường hầm biện pháp kỹ thuật gần giống q trình đào hầm lị khai thác mỏ khoáng sản, thường đào hang dẫn, đào mở rộng, chống đỡ vách hang, đổ vỏ hầm, lắp đặt thiết bị hồn thiện Đây phương pháp thi cơng đường hầm khơng nước ta mà cịn toàn giới Phương pháp đào mỏ bao gồm việc đào hang toàn tiết diện phận với việc thay phần đất đá đào chống tạm Khi đào tồn tiết diện thường xây vỏ hầm bê tơng tồn khối đổ chỗ lắp ghép cấu kiện đúc sẵn Khi đào hang phận đào hay nhiều hang có tiết diện nhỏ vượt trước (hang dẫn) từ tiến hành mở rộng tới đường biên thiết kế công trình Trong trường hợp - 42 Downloaded by tuan nguyen huu (tuannguyenhuudhspkt@gmail.com) lOMoARcPSD|16867585 Công tác đào hang tiến hành song song với với việc xây dựng vỏ hầm Để vỏ hầm tiếp xúc với đất đá, người ta tiến hành ép vữa xi măng vào sau vỏ hầm Người ta thường áp dụng số phương pháp thi công sau: - Phương pháp vòm tựa: đào đất đá đổ bê tông vỏ tiến hành theo phần với trình tự từ vịm xuống - Phương pháp đào mở rộng toàn gương (đào lần toàn gương): đào thu dọn đất đá thực từ xuống đổ vỏ hầm từ lên - Phương pháp nhân đỡ đào đất đá theo chu vi Thi công hầm theo phương pháp khiên đào Phương pháp áp dụng điều kiện địa chất thủy văn phức tạp nhất, đất đá mềm yếu, khơng ổn định, chiều dài cơng trình lớn, tiết diện ngang khơng đổi Phương pháp thực chất xem phương pháp đào hầm có sử dụng vỏ chống giới di động - gọi khiên đào, máy liên hợp trang bị hệ thống giới để đào, bốc dỡ đất đá, lắp ghép vỏ hầm Đồng thời, khung chống tạm vững chắc, bảo vệ tiến hành cơng việc xây lắp Khiên đào có nhiều hình dạng trịn, chữ nhật, elip… loại giới bán giới Dạng tròn sử dụng rộng rãi công tác xây dựng hầm Loại hình chữ nhật hình thang sử dụng đào đường thông hang dẫn đường hầm có diện tích mặt cắt ngang nhỏ Các ưu điểm phương pháp không cần chia gương đào thành nhiều phần, không cần chống tạm, chuyển dịch đất đá xung quanh nhất, áp lực đất đá nhỏ Thi công hầm theo phương pháp NATM.( New Austrian Tunnelling Method: Phương pháp xây dựng hầm Áo) Quan điểm thiết kế thi công hầm theo phương pháp thi công truyền thống coi đất đá xung quanh gây áp lực tác dụng lên vỏ hầm Vỏ hầm kết cấu chịu lực Vì mà sau khai đào xong, cần nhanh chóng xây dựng kết cấu chống đỡ vỏ hầm để chịu tác động đất đá xung quanh NATM phương pháp thi công hầm bao gồm biện pháp mà việc hình thành đất đá xung quanh hầm liên kết thành kết cấu vịm chống Do đó, việc liên kết tự thân trở thành phần kết cấu chống đỡ Khi đào hầm, cân có nguyên thủy lực khối đá chuyển sang tình trạng cân mới, thứ cấp ổn định Điều đạt thơng qua giai đoạn trước mặt với tiến trình phân bổ lại ứng suất đa dạng Mục đích NATM kiểm sốt tiến trình - 43 Downloaded by tuan nguyen huu (tuannguyenhuudhspkt@gmail.com) lOMoARcPSD|16867585 chuyển đổi cân nhắc mặt kinh tế an toàn Đây phương pháp thi công hầm áp dụng thành công hầm đường Hải Vân hầm Đèo Ngang nước ta Phương pháp thường áp dụng điều kiện đất đá tốt Khi đất đá yếu, rời rạc áp dụng NATM chi phí tốn phải dùng phương pháp phụ trợ Thi công hầm theo phương pháp kích đẩy Phương pháp kích đẩy kỹ thuật đào hầm sử dụng cho cơng trình ngầm đường ống kỹ thuật, thi công cách đẩy đoạn ống có chiều dài định Phương pháp sử dụng chủ yếu cho đường hầm có đường kính nhỏ đặt chiều sâu khơng lớn xây dựng nơi mà phương pháp đào hở khơng thích hợp Phương pháp kích đẩy chất phương pháp hạ giếng ngang Bản chất phương pháp chống tubin kín lắp đặt vòng tiếp vòng khoang chuyên dùng cách xa gương hầm Cùng khoang kích ép chống vào gương hầm theo tiến trình đào đất Để giảm ma sát chống với khối đất, khơng gian phái sau bơm vữa sét Phương pháp xuyên sử dụng phương pháp kích đẩy Tuy nhiên, phương pháp khối đất nằm ống xuyên không lấy mà bị ép sang hai bên Qua thực tế thấy tiết diện nhỏ áp dụng phương pháp xun Thi cơng hầm theo phương pháp đặc biệt Hiện mà mật độ cơng trình thành phố lớn đông đúc, phương pháp thi công hầm lộ thiên trở nên khó khăn khơng hiệu mà ngược lại phương pháp đào kín lại phát huy hiệu rõ rệt Đặc biệt phương pháp khiên đào hay phương pháp đặc biệt nghiên cứu áp dụng mạnh mẽ Trong phương pháp làm lạnh, phương pháp nổ ép… áp dụng thử nghiệm Phương pháp giếng chìm ép sử dụng xây dựng móng sâu thiết bị nặng trụ cầu, mở giếng mỏ, đào hầm ngang Điểm đặc biệt phương pháp làm kín phần diện tích lân cận gương hầm hầm đào tạo nên áp lực khí nén áp lực nước ngầm ngăn cản nước ngập vào gương hầm, xói mịn đất cát chảy Tất thao tác mở hầm thực khoang giếng chìm có áp lực cao, khơng thích hợp cho sức khỏe cơng nhân nên áp dụng Phương pháp làm lạnh đất sử dụng đào hầm, hạ giếng, mở lò đứng nen đất cát chảy lo nước Ưu điểm cua loại trừ tồn dòng chảy nguy cát chảy Tuy nhiên, nhược điểm khó - 44 Downloaded by tuan nguyen huu (tuannguyenhuudhspkt@gmail.com) lOMoARcPSD|16867585 khăn việc đào đất đông lạnh, giá thành đông lạnh cao, nhiệt độ âm gương hầm Cơng tác đào đất đất đóng băng tiến hành phương pháp khoan nổ thông thường Phương pháp phun vữa phương pháp đặt biệt áp dụng để xử lý tính chất đất q trình thi cơng hầm Vữa dùng để bơm vữa xi măng, vữa sét, bi tum, nhựa tổng hợp để loại trừ tính thấm nước vào đất đá Xi măng hóa biện pháp phun vữa phổ biến nhất, phun hiệu cho khống chất đá nứt nẻ sỏi cuội khơng lẫn sét Bơm vữa xi măng vào đất qua lỗ khoan phun xi măng có trang bị thiết bị bơm, khoảng cách lỗ khoan tum hóa lỏng sử dụng khoáng chất nứt nẻ tồn nước hoạt tính Ngày loại nhựa hỗn hợp sử dụng để phun phổ biến vào khối đất có đặc tính khác Phương pháp nổ ép thướng áp dụng để xây dựng công trình hầm có độ nhỏ (l