Đồ án môn học thiết kế hầm giao thông

Khổ hầm K9.5 ôtô cao 5.0m, một đường bộ hành Kích thước ghi bằn mm YÊU CẦU NỘI DUNG ĐỒ ÁN: - Lên trắc dọc của tuyến hầm, xác định được chiều dài của hầm - Thiết kế mặt cắt ngang của hầm

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HẦM GIAO THÔNG

SỐ LIỆU THIẾT KẾ:

số thứ tự: n=22

sơ đồ mặt cắt dọc hầm:

- Sơ đồ trắc dọc 6

- Loại hầm : Đường ôtô khổ K9.5 cao 5.0m với một đường bộ hành

L2=0.002(300-n)L=0.002(300-22)310=172.4(m)

LA=22(m)

LB=5(m)

L1 =L-(L2 +LA +LB ) = 310 –(172.4+22+5)=130.6 (m) Dạng địa chất :2

Khổ hầm K9.5 ôtô cao 5.0m, một đường bộ hành

Kích thước ghi bằn mm

YÊU CẦU NỘI DUNG ĐỒ ÁN:

- Lên trắc dọc của tuyến hầm, xác định được chiều dài của hầm

- Thiết kế mặt cắt ngang của hầm và mặt cắt vỏ hầm ( vỏ hầm tường cong)

- Tính toán loại kết cấu vỏ hầm ứng với lớp địa chất 1

- Đề xuất phương án thi công hầm

- Lựa chọn thiết bị thi công chủ yếu cho hầm ( khoan, xúc, chuyển, xây vỏ )

- Tính các thông số nổ mìn và lập hộ chiếu khoan nổ mìn cho một gương đào

- Tính toán và lập hộ chiếu gia cố chống tạm

- Lập biểu đồ chu kì đào

YÊU CẦU BẢN VẼ THUYẾT MINH:

Phần bản vẽ:

- Trắc dọc tuyến hầm tỷ lệ ngang 1/2000(hoặc 1/5000) tỷ lệ đứng 1/1000 (

hoặc 1/500)

- Sơ đồ mặt cắt ngang của hầm tỷ lệ 1/50 có bố trí các thiết bị thông gió( nếu

có), thoát nước, kết cấu mặt đường

- Biểu đồ nội lực (M ; N) trong kết cấu vỏ hầm

- Sơ đồ thi công hầm tỷ lệ 1/100

- Các mặt cắt ngang của sơ đồ thi công, thể hiện các công tác chủ yếu

- Một hộ chiếu khoan nổ mìn

- Một hộ chiếu gia cố chống tạm

- Biểu đồ chu kì đào

CHƯƠNG I: THIẾT KẾ TRẮC DỌC VÀ TRẮC NGANG HẦM

I,THIẾT KẾ TRẮC DỌC HẦM:

1, Xác định các thông số của tuyến hầm:

Tuyến đi qua hai điểm A, B có cùng cao độ tự nhiên, xuyên qua 3 lớp địa chất khác

độ nên ta sẽ thiết kế hầm hai hướng dốc nhằm đảm bảo cho quá trình thoát nước thi công khi thi công hầm theo chiều xuống dốc, đảm bảo sức khoẻ của công nhân, tuy

nhiên nó cũng gây khó khăn cho việc thông gió tự nhiên, tuy nhiên với tuyến hầm

2, Thiết kế trắc dọc:

- Để đảm bảo cao độ giữa hai điểm đầu tuyến và cuối tuyến ta sẽ thiết kế tuyến hầm hai hướng dốc, độ dốc dọc thiết kế chọn là i=0.4%

Ta có trắc dọc hầm chi tiết như hình vẽ:

II,THIẾT KẾ TRẮC NGANG HẦM:

1, Thiết kế khuôn trong của vỏ hầm:

Khi chọn khuôn trong của vỏ hầm cần tuân thủ một số nguyên tắc sau:

- Hình dạng trục vòm phải trơn tru, liên tục vì đường gấp khúc sẽ làm cho đường cong áp lực và trục kết cấu tách rời, gây bất lợi về mặt chịu lực cho hầm cũng như kiến trúc hầm

- Hầm núi chịu áp lực thẳng đứng là chủ yếu nên có thể chọn vòm một tâm, hoặc hai tâm có tường thẳng hay vòm 3 tâm , trong đó độ cong ở đỉnh vòm

là lớn nhất, độ cong tường là nhỏ nhất

- Tường cong

- Khuôn trong của vỏ hầm nên chọn đối xứng thuận lợi cho thi công

- Khuôn trong của vỏ hầm phải có cự ly an toàn Cự ly này tùy loại địa tầng

có thể chọn từ 10-15cm để đề phòng trường hợp có sai số trong quá trình đào hầm

- Ta có trắc ngang hầm như hình vẽ

-

2, Thiết kế khuôn ngoài của vỏ hầm và bố trí đáy hầm:

Cơ sở chủ yếu để chọn các kích thước cơ bản của tiết diện vỏ hầm là: Kinh

nghiệm thiết kế, tham khảo tài liệu thiết kế

Phần đáy hầm bao gồm kiến trúc phần trên của tuyến đường, lát đáy hoặc là dùng vòm ngược, Trong nội dung đồ án này ta không thiết kế phần vòm ngược

A KÍCH THƯỚC HẦM VÀ SỐ LIỆU THIẾT KẾ:

Do hầm tường cong nên ta sẽ không tính với lớp địa chất đá gốc với hệ số kiên cố f=6-8 mà ta sẽ tính toán với lớp địa chất xấu là lớp phủ với các thông số cơ bản sau:

- Modyun đàn hồi : E=2.4x 104

(MPa)

Vậy chiều cao vòm áp lực được tính toán thông qua sơ đồ sau:

B,TÍNH TOÁN VỎ HẦM:

Nguyên tắc tính toán: Tính toán cho 1m dài hầm dựa trên:

- Nguyên lý cộng tác dụng

- Thiết biến dạng cục bộ của Winkler

Vì kết cấu tường cong trong địa tầng yếu sơ đồ tổng quát nhất để tính toán vỏ hầm là: Vòm chịu áp lực thẳng đứng, áp lực nằm ngang, kháng lực đàn hồi vuông góc với mặt ngoài của vỏ hầm và lực ma sát của nó

Chia vỏ hầm thành 15 đốt chiều dài mỗi đốt được xác định bằng Autocad

Ta có các đặc trưng tiết diện như hình vẽ

I, TÍNH TOÁN VỎ HẦM CHỊU TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG:

1.Xác định các giá trị của tải trọng chủ động:

Tải trọng chủ động tác dụng lên kết cấu bao gồm áp lực địa tầng thẳng đứng và nằm ngang, trọng lượng bản thân kết cấu (bỏ qua các tải trọng khác)

a, Áp lực địa tầng thẳng đứng tác dụng lên kết cấu vỏ hầm :

Do hầm được thiết kế qua núi nên áp lực địa tầng thẳng đứng sẽ được áp dụng theo nguyên lý tạo vòm Protodiakonov

Với các thông số đầu vào bao gồm:

Chiều rộng hang đào B= 14m

Chiều cao toàn hâm H = 8.8m

b, Trọng lượng bản thân kết cấu: Bê tông có tỷ trọng riêng là b= 2.4(T/m3

)

Mô hình hóa toán bộ kết cấu vào trong chương trình SAP2000 để tìm ra biểu đồ nội lực tác dụng lên kết cấu

II Kiểm toán tiết diện:

Ta kiểm tra tất cả các tiết diện tính toán

Công thức kiểm tra về điều kiện làm việc của bê tông theo lệch tâm lớn:

1.75

k gh

R b d

e d

d: Chiều dày của vỏ hầm tại các tiết diện

b: b=1m chiều dài của hầm

Rk: Khả năng chịu kéo của bê tông; Rk = 75T/m2

m: Hệ số điều kiện làm việc; m=0.9

i

M e N

Nếu 0.225di < ei kiểm tra theo lệch tâm lớn

Nếu 0.225di > ei kiểm tra theo lệch tâm bé

Ta sẽ kiểm tra theo điều kiện No <Ngh Nếu thỏa mãn thì tiết diện đó đạt

PHẦN II, TỔ CHỨC THI CÔNG HẦM

I,Chọn phương pháp thi công:

Chọn phương pháp thi công là khâu quan trọng quyết định tới tiến độ, chất lượng

và giá thành của công trình hầm cũng như tất cả mọi công trình khác

Với lớp địa chất là lớp phủ, ta áp dụng phương pháp đào bậc thang, sử dụng neo và bêtông phun, chiều dài đoạn thi công là L=310m

II, Chọn thiết bị thi công:

1 Chọn thiết bị xúc bốc, vận chuyển

Hầm có tiết diện lớn là Stk =92.02m2 >50m2; bề rộng hang là B=14.0m

Ta sẽ thiết kế thi công hầm theo phương pháp đào bậc thang, đào vòm trước tường sau

- Kích thước hang đào tối thiểu : Rộng 4m, cao 3m

- Năng suất kỹ thuật :6m3/ phút

- Diện xúc bốc : 2.7m

thông số kỹ thuật sau:

- Tải trọng : 7 tấn

- Kích thước (dài  rộng cao ) : 5.92 2.5 2.7 (m)

- Chiều cao thùng xe: 1.95 m

- Bán kính của vòng quay xe :7.5m

- Động cơ Diezen

- Công suất 180 mã lực

- Tốc độ chạy tối đa trong hầm là 15km/h

- Thời gian nâng thùng xe để đổ là 30 giây

- Thời gian hạ thùng xe sau khi đổ là 30 giây

- Trọng lượng 14 tấn

2, Chọn máy khoan:

Với các thông số và các biện pháp lựa chọn thi công ở trên, kích thước hang đào không thể mở rộng quá lớn Mặt khác địa chất bên trong hầm là lớp phủ với hệ số kiên cố f=2, do đó ta dùng máy khoan Bomer 352 có các thông số:

Số lượng máy khoan : 2 cái do kích thước hang đào lớn

c, Cần nâng cần khoan khoan But 35:

3, Trình tự thi công một chu kì đào:

Được thực hiện theo các bước sau:

- Xác định chính xác vị trí chính xác lỗ khoan trên gương đào

- Khoan lỗ mìn

- Nạp thuốc nổ vào lỗ khoan và gây nổ

- Thông gió sau khi nổ mìn

tiến hành thi công theo phương pháp bậc thang dưới, công tác thi công phần trên

và dưới được tiến hành đồng thời với cự ly công tác từ 25- 50 m, chọn cự ly công tác là 25 m

Diện tích phần trên là 53.43 m2 ; diện tích phần dưới là 38.59 m2

Thuốc nổ được sử dụng rộng rãi nhất trong xây dựng hầm là thuốc nổ ( hỗn hợp của Nitrat amon tinh thể 79 – 85% với thuốc nổ trotyl dạng bột 5 – 21% và các thành phần khác như bột nhôm, mùn gỗ ); Nó an toàn và kinh tế Thuốc nổ Amonit nén N06 và đặc biệt là thuốc nổ cứng N01 có tính ổn định chịu nước và tính phá nổ cao không thua kém gì các loại thuốc nổ mạnh

thỏi

Amonit N06Bvới f=2 có trị số q0 = 0.65 kg/m3; Ta thấy phần trên gương đào có diện tích S= 53.43 m2  50 m2 nên hệ số  =1.0

Vậy q0 = 0.65 kg/m3

Các kíp nổ sử dụng là loại vi nổ chậm với 6 mức vi chậm ( từ 0 đến 250 ms )

b, Bước đào và chiều sâu khoan :

với hệ số kiên cố f =2-4, chọn bước đào W=1.0 đến 1.5m; để tăng nhanh tín

định trên cơ sở của 3 yếu tố sau

- Theo độ ổn định của nóc hang đào:

1.67( )0.9

Để quá trình tính toán được đơn giản ta chọn l =1.7 m

c, Dạng đột phá :

sử dụng dạng đột phá nêm đứng với góc nghiêng  =700

phương pháp nổ mìn là nổ mìn tạo biên vi sai, sử dụng kíp nổ vi chậm với 6 mức từ 0 – 150 ms

2, Tính toán và bố trí lỗ mìn trên gương đào :

- P0 : Chu vi của hang đào phần trên ( không kể đáy ), P0 = 32.79 m

- a0 : Khoảng cách các lỗ mìn tạo biên, tra bảng với hệ số kiên cố f =2 ta có

a0 = 0.65 m

- P1 : Bề rộng hang đào, P1 = 14.0 m

- a1 : Khoảng cách các lỗ mìn đáy; a1 = ( 0.4 – 0.5 )W (m)

với bước đào W = 1.5m, ta có a1 = ( 0.6 – 0.75) m, ta chọn a1 = 0.7m

- q0 : lượng tiêu hao thuốc nổ đơn vị; q0 = 0.65 kg/m3

- S’ : Diện tích tiết diện hang đào su khi đã trừ đi phần phá nổ bằng các lỗ mìn

0 b

m: Hệ số hiệu chỉnh; m=0.8 – 0.9 đối với đá có hệ số kiên cố f =2 là loại đá

ta bố trí lỗ mìn biên cách chu vi hang đào là 0.15 m Vậy S’ là phần diên tích của phần nằm bên trong hang đào có chu vi cách chu vi hang đào một đoạn

là Wb + 0.15 = 0.75+0.15 = 0.9 m

- d: Đường kính thỏi thuốc; d =3.6 cm

- k3 : Hệ số lấp đầy lỗ mìn lấy theo hệ số kiên cố; với f =2 ta lấy k3 =0.6

-  : Độ chặt của thuốc nổ, với thuốc nổ N06 B thì  = (1.0 – 1.15); Chọn

Vậy số lượng lỗ mìn tính toán là 108 lỗ

Số lượng lỗ mìn thu được qua tính toán được hiệu chỉnh lại cho chính xác với sơ đồ bố trí trong gương đào

- Các lỗ mìn biên trong nổ mìn tạo biên được bố trí cách đều theo chu vi hang sao cho càng gần thiết kế càng tốt, ta bố trí chúng cách biên hang đào là 15

của đất đá; trị số cuối cùng của chúng được lấy sau khi nổ thử nghiệm

- Khoảng cách giữa lỗ mìn biên và lỗ mìn phá lân cận được lấy phụ thuộc vào

0.5 m) trong đá mềm và nứt nẻ; vậy ta chọn bằng

Wb + 0.45 = 0.75 + 0.45 = 1.2 m

- Các lỗ mìn đột phá và lỗ mìn đáy sử dụng thuốc nổ uy lực nổ cao Amonit

cách nhau một khoảng phụ thuộc vào độ cứng của đá và diện tích hang đào; với f = 2, diện tích hang đào là 53.43 m2 ta chọn khoảng cách này là 0.6 m,

số lượng là 6 lỗ, góc nghiêng so với trục hầm là  =700

- Các lỗ mìn phá dùng loại thuốc nổ có uy lực nổ thấp hơn thuốc

theo hình dạng tiết diện hang đào Các hàng bố trí theo thứ tự từ biên vào giữa hang đào Các lỗ mìn phá có thể gồm một hàng, hai hay nhiều hàng Để tính toán trị số đường kháng nhỏ nhất W của các lỗ mìn phá phụ thuộc vào tính chất cơ lý của đất đá và diện tích hang, đào được xác định bằng cách tra

+Khoảng cách lớn nhất của các lỗ trong một hàng a2 = K2  W

Với f = 2 ta chọn W = 1.3 m

b, Tính chiều sâu lỗ khoan:

IV, TÍNH TOÁN GIA CỐ CHỐNG TẠM:

Biện pháp gia cố chống tạm cho nóc hang được thiết kế trong đồ án là sử dụng phương pháp neo kết hợp với bê tông phun

Loại neo được sử dụng là neo BTCT thi công bằng phương pháp đóng, dùng cốt

kính 36 mm nhằm mục đích liên thông sử dụng máy khoan đã dùng để khoan lỗ mìn nhằm tiết kiệm chi phí máy móc

1, Trình tự thi công gia cố chống tạm :

- Khoan lỗ bằng máy khoan

- Bơm vữa xi măng cát vào trong lỗ khoan

- Khi đã bơm vữa được 2/3 chiều sâu lỗ khoan thì tiến hành đóng cốt thép

2, Tính toán cấu tạo neo:

Chiều dài neo được xác định theo công thức:

l = l1 + l2 +l3

trong đó:

- l1 = 10 cm

đào chiều sâu vùng phá hoại

l2 = hH = K1  B0

với K1 : Hệ số phụ thuộc vào hệ số kiên cố và tính nứt nẻ của đất đá; K1= 0.4

B0 : Nhịp của hang đào; B0 =13.73 m

da = 2.0cm là đường kính cốt thép

a

Vậy 3 2700 2.0 0.54 0.5

400 25

Lấy l3 = 0.6 m

Vậy chiều dài neo là l = l1 + l2 +l3 =0.1+5.492 + 0.6 =6.19 m

dụng, loại đất đá, điều kiện môi trường làm việc của neo Trong nội dung đồ

án, ta sử dụng loại xi măng cát ( thời gian đông cứng là 28 ngày đêm), loại

- q : Cường độ tính toán của áp lực thẳng đựng của địa tầng; Với fKP < 4 B> 6m thì q  1.5      h

với h là chiều cao vòm áp lực; h = 4.535 m

 : Dung trọng của đất đá,  = 2.4 T/m3

Vậy q = 1.5  1.0  2.4  4.535 = 16.33 ( T/m2 )

c: Lực dính của đất đá trong vùng phá hoại ; lấy c = 3 f = 6 (T/m2 )

Bước đào W = 1.5 m, khoảng cách giữa các neo là a =1.0 m, ta bố trí neo theo dạng hình vuông, tại mỗi mặt cắt ngang có

t1 : thời gian đổi ô tô; t1 = 1.2 – 1.8 phút , chọn t1 = 1.5 phút

Chọn loại xe ô tô MAZ – 503 có các thông số kỹ thuật sau:

- tải trọng : 7 tấn

- v1 : Dung tích thùng xe; v1 = 4 m3

- kích thước : dài  rộng  cao : 5920  2500  27000 mm

- chiều cao thùng xe : 1950 mm

- góc nghiêng lớn nhất của thùng xe : 55o

- bán kính vòng quay xe : 7.5 m

- loại động cơ diezen

- công suất 180 HP

- tốc độ chạy tối đa trong hầm là 15 Km/h

- thời gian nâng thùng xe để chờ đổ là 30 giây

Năng suất làm việc trung bình của một ca làm việc : PC = 1  P

- V: thể tích của đất đá tơi vận chuyển ra sau một chu kì đào ở trạng thái tơi

+ VC : vận tốc trung bình khi xe chạy, lấy VC = 20 km /h

+ tP : thời gian đổ đất đá tP = 0.1 – 0.3 h; lấy tP = 0.2 h

20

d

t     h

- tn : thời gian xúc bốc đổ đầy ô tô; 1

3

n T

V t