Bài giảng Thiết kế hầm

5/21/2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA CƠNG TRÌNH BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG 1959 Bài giảng THIẾT KẾ HẦM Hà Nội - 2020 © BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG – TS LƯƠNG MINH CHÍNH TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Cơng trình – Bộ mơn CTGT Mơn học: THIẾT KẾ HẦM Giảng viên: TS Lương Minh Chính Email: chinhlm@tlu.edu.vn Mobile: 0948.060.950 5/21/2020 THIẾT KẾ HẦM NỘI DUNG MÔN HỌC THIẾT KẾ HẦM CHƯƠNG I: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ HẦM CHƯƠNG 2: MẶT BẰNG VÀ TRẮC DỌC HẦM GIAO THÔNG CHƯƠNG 3: CÔNG TÁC ĐIỀU TRA ĐỊA CHẤT TRONG XÂY DỰNG HẦM CHƯƠNG 4: CẤU TẠO VỎ HẦM CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN KẾT CẤU VỎ HẦM © BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG TS LƯƠNG MINH CHÍNH Email: chinhlm@tlu.edu.vn 2020 THIẾT KẾ HẦM GIÁO TRÌNH & TÀI LIỆU THAM KHẢO Thi công hầm cơng trình ngầm – Nguyễn Xn Trọng, NXB Xây dựng Thiết kế hầm giao thông – Nguyễn Thế Phùng, NXB Xây dựng Thiết kế cơng trình hầm giao thông – Nguyễn Thế Phùng (chủ biên), NXB GTVT Neo bê tông phung xây dựng ngầm – Nguyễn Thế Phùng, NXB Xây Dựng Thi công công trình ngầm phương pháp đặc biệt – Nguyễn Thế Phùng, NXB XD © BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG TS LƯƠNG MINH CHÍNH Email: chinhlm@tlu.edu.vn 2020 5/21/2020 THIẾT KẾ HẦM PHẦN 1: THIẾT KẾ HẦM CHƯƠNG I: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ HẦM 1.1 Các định nghĩa thuật ngữ 1.2 Phân loại hầm 1.3 Ý nghĩa hầm giao thông 1.4 Khái niệm phương pháp thi công hầm - Các phương pháp lộ thiên - Các phương pháp đào - Các phương pháp đặc biệt © BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG TS LƯƠNG MINH CHÍNH Email: chinhlm@tlu.edu.vn 2020 THIẾT KẾ HẦM CHƯƠNG I: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ HẦM 1.1 Các định nghĩa thuật ngữ Hầm (Tunnel): cơng trình nhân tạo nằm lịng đất có hai đầu nối thơng với mặt đất (hầm cơng trình có tính chất dài, tỉ lệ kích thước chiều dài so với mặt cắt ngang lớn) + Mục đích: phục vụ giao thơng, dẫn nước, bố trí hệ thống kỹ thuật + Vị trí: nằm ngang, nằm nghiêng (15%), thẳng đứng (giếng) Cơng trình ngầm © BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG Hầm (Tunnel) TS LƯƠNG MINH CHÍNH Email: chinhlm@tlu.edu.vn 2020 5/21/2020 THIẾT KẾ HẦM CHƯƠNG I: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ HẦM 1.1 Các định nghĩa thuật ngữ Cơng trình ngầm – cơng trình nằm mặt đất, tải trọng chủ yếu tác động lên cơng trình ngầm tải trọng thân tải trọng đất đá xung quanh Đỉnh vòm Phần vòm Nóc hầm (hang) Gương đào Phần tường Tường Vịm Đáy hầm (hang) Vịm ngửa © BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG Hang dẫn TS LƯƠNG MINH CHÍNH Bước đào Email: chinhlm@tlu.edu.vn 2020 Email: chinhlm@tlu.edu.vn 2020 THIẾT KẾ HẦM © BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG TS LƯƠNG MINH CHÍNH 5/21/2020 THIẾT KẾ HẦM I.1 Các định nghĩa thuật ngữ © BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG TS LƯƠNG MINH CHÍNH Email: chinhlm@tlu.edu.vn 2020 2020 10 THIẾT KẾ HẦM CHƯƠNG I: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ HẦM 1.1 Các định nghĩa thuật ngữ 1.2 Phân loại hầm 1.3 Ý nghĩa hầm giao thông 1.4 Khái niệm phương pháp thi công hầm - Các phương pháp lộ thiên - Các phương pháp đào - Các phương pháp đặc biệt © BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG TS LƯƠNG MINH CHÍNH Email: chinhlm@tlu.edu.vn 5/21/2020 THIẾT KẾ HẦM CHƯƠNG I: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ HẦM 1.2 Phân loại hầm 1.2.1 Hầm giao thông ➢ Hầm đường sắt ➢ Hầm tầu điện ngầm (Metro, Underground) ➢ Hầm đường (đường ô tô) ➢ Hầm (trong thành phố) ➢ Hầm qua đường thủy © BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG TS LƯƠNG MINH CHÍNH Email: chinhlm@tlu.edu.vn 2020 11 THIẾT KẾ HẦM CHƯƠNG I: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ HẦM 1.2 Phân loại hầm Kết cấu ngầm Ví dụ Mục đích sử dụng Tunnels Hầm đường sắt, Hầm ô tô, hầm kênh nước Phục vụ giao thông Small tunnels Hầm áp lực, hầm dẫn nước, hầm đường dẫn Cấp nước, hầm an tồn có cố, lưu thơng khí, hầm phun vữa,… Shafts Hầm chứa rác, hầm quan trắc Cấp thoát nước, khí sạch, vận chuyển người, vật liệu Pipelines ống nước, ống cấp gaz, ống dẫn dầu, cáp Cung cấp điện, ga, dầu,… Caverns Hang an tồn, hang dự trữ Phịng chứa tuabin điện, dự trữ thực phẩm chiến tranh Chambers Phòng chứa, phòng chứa chất nổ Dự trữ thực phẩm, thuốc nổ thi cơng hầm © BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG TS LƯƠNG MINH CHÍNH Email: chinhlm@tlu.edu.vn 2020 12 5/21/2020 THIẾT KẾ HẦM CHƯƠNG I: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ HẦM I.2 Phân loại hầm Tunnel Small Tunnel Shaft © BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG Pipeline TS LƯƠNG MINH CHÍNH Email: chinhlm@tlu.edu.vn 2020 13 2020 14 THIẾT KẾ HẦM CHƯƠNG I: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ HẦM 1.2 Phân loại hầm Cavern Chamber © BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG TS LƯƠNG MINH CHÍNH Email: chinhlm@tlu.edu.vn 5/21/2020 THIẾT KẾ HẦM CHƯƠNG I: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ HẦM 1.1 Các định nghĩa thuật ngữ 1.2 Phân loại hầm 1.3 Ý nghĩa hầm giao thông 1.4 Khái niệm phương pháp thi công hầm - Các phương pháp lộ thiên - Các phương pháp đào - Các phương pháp đặc biệt © BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG TS LƯƠNG MINH CHÍNH Email: chinhlm@tlu.edu.vn 2020 15 THIẾT KẾ HẦM CHƯƠNG I: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ HẦM 1.3 Ý nghĩa hầm giao thông ❑ Vượt chướng ngại vật (cao, bằng) điều kiện giao thơng khó khăn + rút ngắn tuyến + giảm độ dốc tuyến + tăng tải trọng tiêu chuẩn tốc độ xe chạy ❑ Chướng ngại cao : vùng đồi núi, đỉnh phân thủy ❑ Chướng ngại bằng: vùng sụt lở, đất phủ, vùng chứa ao hồ, eo biển, điểm đông dân cư,… ❑ Nhược điểm: + phải thơng gió, nước nhân tạo + thi cơng khó khăn, nguy hiểm + vốn đầu tư xây dựng lớn © BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG TS LƯƠNG MINH CHÍNH Email: chinhlm@tlu.edu.vn 2020 16 5/21/2020 THIẾT KẾ HẦM I.5 Lịch sử phát triển phương hướng phát triển ❑ Nền văn minh babilon, Hy Lạp, Ai Cập, La Mã: xây hầm làm lăng mộ, khai thác khoáng sản, … sau để cấp nước giao thơng ❑ Đế chế La Mã sụp đổ: thời kỳ suy thoái ❑ Thời kỳ trung cổ: hầm xây dựng nhằm rút ngắn đường thông thương, phục vụ buôn bán, hầm (1679-1681) dài 160m, qua kênh Languedoc, Pháp ❑ Xuất đường sắt: thúc đẩy phát triển cơng trình ngầm, hầm đường sắt (1826-1830), dài 1190 m, tuyến Liverpool-Manchester ❑ Việc tìm thuốc nổ Pirocxilin (1845) Dinamit (1866), với việc áp dụng thành công máy khoan đập xoay, tao nên bước ngoặt xây dựng hầm Hầm qua dãy núi Alpes nối Pháp-Thụy Sĩ- Ý © BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG TS LƯƠNG MINH CHÍNH Email: chinhlm@tlu.edu.vn 2020 17 THIẾT KẾ HẦM I.5 Lịch sử phát triển phương hướng phát triển ❑ Từ năm 1857-1871: Hầm Mont-Cenis dài 12850m nối Pháp-Thụy Sĩ; Hầm Sin-Goithord dài 14984m nối liền Thụy Sĩ Ý Trước chiến tranh TG I, hầm lớn xây dựng hầm Siplon dài 19780 m, nối Ý Thụy Sĩ ❑ Vật liệu xây dựng chủ yếu đá hộc xây vữa vôi vữa xi măng Năm 1889, lần sử dụng bê tông làm vỏ hầm ❑ Sau chiến tranh TG I, mạng lưới giao thông châu âu gần hoàn thiên, nhịp độ xây dựng CT ngầm giảm xuống ❑ năm 1825, khiên hầm lần Brunel sử dụng xây dựng hầm qua sông Thames ❑ Thi công hầm nước chủ yếu sử dụng phương pháp khiên đào kết hợp khí nén, có vỏ ghép từ mảnh chế sẵn gang, gọi “vì chu © BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG bin” TS LƯƠNG MINH CHÍNH Email: chinhlm@tlu.edu.vn 2020 18 5/21/2020 THIẾT KẾ HẦM I.5 Lịch sử phát triển phương hướng phát triển ❑ Hầm kỷ lục gần đấy: hầm Sugar Nhật dài 36,2 km; hầm qua biển Manche nối Pháp Anh dài gần 40 km ❑ Phương pháp khác: hạ đoạn hầm đúc sẵn từ bờ vào hào nước, lấp đất trở lại, đặt trụ ngầm nước ❑ năm 1863 xây dựng tuyến tàu điện ngầm London, Anh Sau phát triển nước khác ❑ Hầm thủy lợi (hầm thủy điện) phát triển với quy mơ lớn Trên giới có 350 nhà máy thủy điện Liên Xô: xây gian máy tiết diện ngang 200-500 m2; Gian máy Bauderi, Mỹ : D146m, R23m, C58m; Gian máy Portijd Mautin: D272m, R20m, C26 © BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG TS LƯƠNG MINH CHÍNH Email: chinhlm@tlu.edu.vn 2020 19 2020 20 THIẾT KẾ HẦM CHƯƠNG I: CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ HẦM I.1 Các định nghĩa thuật ngữ I.2 Phân loại hầm I.3 Ý nghĩa hầm giao thông I.4 Khái niệm phương pháp thi công hầm - Các phương pháp lộ thiên - Các phương pháp đào - Các phương pháp đặc biệt I.5 Lịch sử phát triển phương hướng phát triển © BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG TS LƯƠNG MINH CHÍNH Email: chinhlm@tlu.edu.vn 10 5/21/2020 THIẾT KẾ HẦM CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN KẾT CẤU VỎ HẦM V.1 Tải trọng tổ hợp tải trọng V.2 Tính tốn kết cấu vịm thoải kê trực tiếp lên đá V.3 Tính tốn kết cấu vỏ hầm tường thẳng theo Naumốp V.4 Tính tốn kết cấu vỏ hầm tường cong theo Zurabốp Bugaeva V.5 Tính kết cấu vỏ hầm phương pháp thay V.6 Tính tốn kiểm tra tiết diện hầm © BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG TS LƯƠNG MINH CHÍNH Email: chinhlm@tlu.edu.vn 2020 Email: chinhlm@tlu.edu.vn 2020 THIẾT KẾ HẦM CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN KẾT CẤU VỎ HẦM V.1 Tải trọng tổ hợp tải trọng ❖Tải trọng thường xuyên: o Trọng lượng thân kết cấu ngầm o Trọng lượng lớp phủ mặt đường o Các thiết bị kỹ thuật ngầm o Áp lực đất o Áp lực nước o Tải trọng cơng trình bên mặt đất ❖Tải trọng tạm thời: o Tàu, xe chạy hầm o Tàu, xe chạy mặt đất o Tải trọng thi công o Tải trọng nhiệt độ, chấn động,… © BỘ MƠN CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG TS LƯƠNG MINH CHÍNH 5/21/2020 THIẾT KẾ HẦM CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN KẾT CẤU VỎ HẦM V.1 Tải trọng tổ hợp tải trọng ❖Tải trọng thường xuyên: o Trọng lượng thân kết cấu ngầm -