THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH HẦM XUYÊN NÚI BẰNG PHƯƠNG PHÁP NATM

Trường ĐHGTVT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Cầu- Hầm LỜI CẢM ƠN *** *** Qua 5 năm học tập tại trường Đại học Giao Thông Vận Tải_Hà Nội em được sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô, đặc biệt là các thầy cô trong Bộ môn CẦU_HẦM. Đến nay em đã hoàn thành nội dung học tập theo yêu cầu của nhà trường đề ra và em đã được nhận Đề tài thiết kế Tốt nghiệp. Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn trân thành và sâu sắc thầy giáo hướng dẫn TRẦN ĐỨC NHIỆM và BÙI ĐỨC CHÍNH . Các Thầy luôn quan tâm, hướng dẫn em hoàn thành Đồ án tốt nghiệp này. Em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong Bộ môn CẦU- HẦM đã dìu dắt em trong suốt thời gian học tập tại trường và đã giúp đỡ em trong quá trình sưu tầm tài liệu cũng như những ý kiến đóng góp hết sức quý báu của các thầy cô trong quá trình thực hiện Đồ án. Em đã hết sức cố gắng để thực hiện tốt Đồ án tốt nghiệp được giao và đã hoàn thành đúng tiến độ của Bộ môn.Tuy nhiên, với kiến thức còn hạn chế, tài liệu tham khảo còn ít, thực tế thi công không nhiều cho nên Đồ án tốt nghiệp của em không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy để em được học hỏi, hiểu biết thêm. Một lần nữa em xin cảm ơn các thầy. Hà nội, 20/05/2010 Sinh viên Phạm Chí Linh GVHD :PGS.TS Trần Đức Nhiệm Sv:Phạm Chí Linh TS.Bùi Đức Chính Lớp: Đường hầm & Mêtro k46 1 Trường ĐHGTVT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Cầu- Hầm LỜI NÓI ĐẦU **** **** Giao thông vận tải là mạch máu của cả nước. Vì vậy trong quá trình công nghiệp hóa- hiện đại hoá đất nước, giao thông phải không ngừng hoàn thiện và nâng cấp nhằm đáp ứng nhu cầu đi lại và vận chuyển hàng hóa ngày càng lớn. Hệ thống giao thông của nước ta phần lớn còn ở mức chất lượng thấp, nhất là ở các vùng sâu, vùng xa. Hệ thống giao thông bao gồm nhiều loại hình. Để vượt qua các chướng ngại do địa hình có các hình thức như Cầu, Cống, Hầm…Ở nước ta các công trình hầm xuyên núi không nhiều, chủ yếu là hầm đường sắt. Hầm đường ôtô mới chỉ có hầm Hải Vân là hầm có chiều dài lớn. Sau 5 năm học tập tại trường, với chuyên ngành Cầu- Hầm, em đã hoàn thành đề tài tốt nghiệp “ THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH HẦM XUYÊN NÚI BẰNG PHƯƠNG PHÁP NATM”. Đề tài gồm 4 phần: Phần 1: Giới thiệu chung Phần 2: Thiết kế sơ bộ. Phần 3: Thiết kế kĩ thuật. Phần 4: Thiết kế thi công. Với kiến thức đã có, em mong sẽ đóng góp được một phần nhỏ bé trong công cuộc xây dựng đất nước trong thời kì đổi mới Hà nội,20/05/2010 Sinh viên Phạm Chí Linh GVHD :PGS.TS Trần Đức Nhiệm Sv:Phạm Chí Linh TS.Bùi Đức Chính Lớp: Đường hầm & Mêtro k46 2 Trường ĐHGTVT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Cầu- Hầm MỤC LỤC PHẦN I 7 GIỚI THIỆU CHUNG 7 2.1.8 5. Biện pháp thi công cửa hầm 53 2.1.8 6. Biện pháp tổ chức thi công 54 PHẦN III 82 THIẾT KẾ KỸTHUẬT 82 CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ ĐÀO HẦM NATM 83 1. 1. Quá trình lịch sử phát triển của công nghệ NATM 83 1.2. Khái niệm chung về phương pháp NATM 84 1. 2.1. Bảo vệ sức bền của khối đất đá: 84 1. 2.2. Nhanh chóng tạo hình dáng đường hầm tròn khép kín: 84 1. 2.3. Lập vỏ mỏng và dẻo : 84 1. 2.4. Đo đạc thường xuyên tại chỗ: 85 1.3. Sự khác biệt và ưu nhược điểm của phương pháp NATM so với các phương pháp thi công truyền thống 85 1.3.1. Về công tác khảo sát: 85 1. 3.2. Về công tác thiết kế: 86 1.3.3. Về công tác thi công: 86 CHƯƠNG II – TÍNH TOÁN KẾT CẤU 88 2.1 – TÍNH TOÁN KẾT CẤU VỎ HẦM CHO TRƯỜNG HỢP fkp=7: 88 2.2 – TÍNH TOÁN KẾT CẤU VỎ HẦM CHO TRƯỜNG HỢP fkp=5: 103 Hình 15: Biểu đồ quan hệ Áp lực - Chuyển vị 108 118 CHƯƠNG III– TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÔNG GIÓ 119 3.1 Phân tích các thành phần khí thải độc hại trong hầm trong giai đoạn khai thác: 119 3.2 Xác định lưu lượng gió sạch cần cung cấp: 122 3.3 Xác định các thông số theo sơ đồ thông gió: 125 PHẦN IV – 127 THIẾT KẾ TỔ CHỨC THI CÔNG 127 GVHD :PGS.TS Trần Đức Nhiệm Sv:Phạm Chí Linh TS.Bùi Đức Chính Lớp: Đường hầm & Mêtro k46 3 Trường ĐHGTVT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Cầu- Hầm CHƯƠNG I – BIỆN PHÁP THI CÔNG 128 1.1. Điều kiện thi công và căn cứ lựa chọn biện pháp đào đường hang. 128 1.1.1. Điều kiện thi công: 128 1.1.2 Căn cứ lựa chọn biện pháp đào đường hang 128 1.2. Biện pháp khai đào đường hang 133 1.3. Biện pháp quan trắc chuyển vị của hang đào: 134 1.4. Biện pháp đào đường hang: 135 1.5. Biện pháp chống đỡ đường hang 136 1.7. Đổ bê tông vỏ hầm 137 1.8. Thi công hệ thống rãnh 140 1.9. Thi công cửa hầm 141 1.10. Trình tự công nghệ 142 CHƯƠNG II – THIẾT KẾ THI CÔNG CHI TIẾT VÀ 144 TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 144 2.1. Dựng đường cong quan hệ áp lực - biến dạng theo tiến độ đào, biện pháp quan trắc độ hội tụ 144 2.1.1. Mục đích của công tác trắc đạc hiện trường 144 146 2.1.2. Dụng cụ đo chuyển vị của vách hang đào 146 2.2.Xác định diện tích gương đào và phân chia gương đào 147 147 2.3. Chọn thiết bị bốc xúc và vận chuyển , tổ chức dây chuyền vận chuyển đất đá thải 147 2.4. Chọn thiết bị khoan và bố trí thiết bị khoan 149 2.5. Tổ chức thi công cho các loại địa chất 150 2.5.1. Tính toán thi công cho phần địa chất tốt fkp =7 150 2.5.1.1 Tính toán cho gương trên: 150 2.5.2. Tính toán thi công cho phần địa chất fkp =5 171 2.5.2.2 Tính toán cho gương dưới: 180 2.6. Thiết kế thành phần hỗn hợp bêtông phun và biện pháp thi công bêtông phun 191 GVHD :PGS.TS Trần Đức Nhiệm Sv:Phạm Chí Linh TS.Bùi Đức Chính Lớp: Đường hầm & Mêtro k46 4 Trường ĐHGTVT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Cầu- Hầm 191 2.7. Thi công neo 192 2.8. Thiết kế ván khuôn vỏ hầm 192 2.9. Chọn thiết bị cấp vữa và đổ bêtông vỏ hầm 193 2.10. Thiết kế thông gió trong đường hầm 193 2.10.1. Lựa chọn sơ bộ sơ đồ thông gió 194 2.11. Thiết kế chiếu sáng trong đường hầm 196 2.12. Cấp và thoát nước trong thi công 196 CHƯƠNG III - TỔ CHỨC THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM 197 197 3.1. Lập dây chuyền tổ chức thi công 197 3.1.1. Chuẩn bị thi công 197 3.2. Lập kế hoạch tiến độ 200 3.3. Bố trí mặt bằng công trường 201 TÀI LIỆU THAM KHẢO 203 GVHD :PGS.TS Trần Đức Nhiệm Sv:Phạm Chí Linh TS.Bùi Đức Chính Lớp: Đường hầm & Mêtro k46 5 Trường ĐHGTVT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Cầu- Hầm GVHD :PGS.TS Trần Đức Nhiệm Sv:Phạm Chí Linh TS.Bùi Đức Chính Lớp: Đường hầm & Mêtro k46 6 Trường ĐHGTVT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Cầu- Hầm PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG GVHD :PGS.TS Trần Đức Nhiệm Sv:Phạm Chí Linh TS.Bùi Đức Chính Lớp: Đường hầm & Mêtro k46 7 Trường ĐHGTVT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Cầu- Hầm CHƯƠNG I – TÊN CÔNG TRÌNH, VỊ TRÍ XÂY DỰNG 1.1 TÊN CÔNG TRÌNH Thiết kế tuyến đường hầm nằm trên tuyến đường quốc lộ Bắc Nam đi qua khu vực đèo Khe Net đi qua xã Hương Hóa - Huyện Hương Hóa - Tỉnh Quảng Bình đến thôn Kim Liên - xã Kim Hóa - huyện Hương Hóa - Quảng Bình. Tuyến đường hầm có tốc độ cao nhằm cải thiện, và phát triển kinh tế cho khu vực miền núi trong tương lai gần. Để đáp ứng cho nhu cầu vận chuyển hành khách và hàng hoá, tuyến đường hầm được thiết kế với vận tốc 80km/h. Là khu vực miền núi có nền kinh tế tương đối thấp của tỉnh nên cũng có những đặc điểm tương đối giống với tổng thể tỉnh Quảng Bình. 1.2 ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC CÔNG TRÌNH 1.2.1 Vị trí địa lý tỉnh Quảng Bình. 1.2.1.1 Vị trí: Tỉnh Quảng Bình nằm ở Bắc Trung Bộ, Việt Nam, với diện tích tự nhiên 8.055 km 2 , dân số năm 2006 có 846.020 người Hình 1.1: vị trí địa lý tỉnh Quảng Bình Toạ độ địa lý ở phần đất liền là: • Điểm cực Bắc: 18 0 05’ 12" vĩ độ Bắc • Điểm cực Nam: 17 0 05’ 02" vĩ độ Bắc • Điểm cực Đông: 106 0 59’ 37" kinh độ Đông • Điểm cực Tây: 105 0 36’ 55" kinh độ Đông GVHD :PGS.TS Trần Đức Nhiệm Sv:Phạm Chí Linh TS.Bùi Đức Chính Lớp: Đường hầm & Mêtro k46 8 Trường ĐHGTVT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Cầu- Hầm Tỉnh có bờ biển dài 116,04 km ở phía Đông và có chung biên giới với Lào 201,87 km ở phía Tây, có cảng Hòn La, Quốc lộ I A và đường Hồ Chí Minh, đường sắt Bắc Nam, quốc lộ 12 và tỉnh lộ 20, 16 chạy từ Đông sang Tây qua cửa khẩu Quốc tế Cha Lo và một số cửa khẩu phụ khác nối liền với Nước CHDCND Lào. Huyện Tuyên Hóa là một huyện miền núi phía Tây Bắc Quảng Bình, phía Bắc giáp huyện Hương Khê và Kỳ Anh của tỉnh Hà Tỉnh, phía Tây giáp huyện Minh Hóa và nước bạn Lào, phía Nam giáp huyện Bố Trạch, phía Đông giáp huyện Quảng Trạch của tỉnh Quảng Bình. Huyện Tuyên Hóa có diện tích 1.149 Km 2 1.2.1.2. Địa hình: Địa hình Quảng Bình hẹp và dốc từ phía Tây sang phía Đông. 85% Tổng diện tích tự nhiên là đồi núi. Toàn bộ diện tích được chia thành vùng sinh thái cơ bản: Vùng núi cao, vùng đồi và trung du, vùng đồng bằng, vùng cát ven biển. 1.2.1.3. Khí hậu: Quảng Bình mang tính chất khí hậu nhiệt đới gió mùa, có sự phân hoá sâu sắc của địa hình và chịu ảnh hưởng khí hậu chuyển tiếp giữa miền Bắc và miền Nam nước ta. Với đặc điểm đó, khí hậu chia thành 2 mùa rõ rệt: Mùa khô nóng và mùa mưa. - Nhiệt độ: Nhiệt độ trung bình hàng năm trong khoảng 25-26 o C, mùa khô nóng kéo dài 170 ngày từ 18 tháng 3 đến 3 tháng 10, nhiệt độ trung bình trên 25 o C. Ba tháng nóng nhất là tháng 7, 8 , 9, nhiệt độ đạt cực đại vào tháng 7, trị số trên 35 o C, có lúc lên 39 o C. Mùa lạnh bắt đầu từ cuối tháng 11 (29/11) đến đầu tháng 3 (2/3), nhiệt độ trung bình từ 18-20 o C, có 4 tháng lạnh nhất là: 11, 12, 1, 2, nhiệt độ xuống dưới 15 o C, có lúc xuống dưới 10 o C. - Lượng mưa: Tổng lượng mưa trung bình hàng năm từ 2.000 - 2.300mm/năm, lượng mưa phân bố không đều giữa các vùng và các tháng trong năm, vùng Bắc Quảng Bình từ Đèo Ngang đến sông Gianh, lượng mưa chỉ đạt 1.700 - 2.000mm, các vùng khác, lượng mưa cao hơn: Tuyên Hoá 2.181mm, Đồng Hới 2.261mm, Lệ Thuỷ 2.322mm, do ảnh hưởng của dãy núi Hoành Sơn chắn GVHD :PGS.TS Trần Đức Nhiệm Sv:Phạm Chí Linh TS.Bùi Đức Chính Lớp: Đường hầm & Mêtro k46 9 Trường ĐHGTVT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn Cầu- Hầm ngang, (Đèo Ngang). Về thời gian, mưa tập trung vào 3 tháng: 9, 10, 11 đặc biệt là tháng 10 có lượng mưa cao nhất, chiếm gần 30% tổng lượng mưa cả năm. Lượng mưa phân bố không đều giữa các tháng trong năm gây ảnh hưởng lớn đến sản xuất và đời sống, gây ngập úng, lũ lụt vào các tháng 9, 10, 11 và nắng hạn gay gắt, thiếu nước cho sản xuất, sinh hoạt từ tháng 3 đến tháng 8. - Độ ẩm: Độ ẩm tương đối ở Quảng Bình thuộc vào loại cao, trị số trung bình năm từ 83-84%. Độ ẩm cao nhất xuất hiện vào các tháng cuối đông: tháng 11, 12, 1. Độ ẩm thấp nhất vào những ngày có gió tây nam khô nóng, trị số tuyệt đối xuống dưới 20%. 1.2.1.4. Tài nguyên: Tài nguyên đất: Tài nguyên đất được chia thành hai hệ chính: Đất phù sa ở vùng đồng bằng và hệ pheralit ở vùng đồi và núi với 15 loại và các nhóm chính như sau: nhóm đất cát, đất phù sa và nhóm đất đỏ vàng. Trong đó nhóm đất đỏ vàng chiếm hơn 80% diện tích tự nhiên, chủ yếu ở địa hình đồi núi phía Tây, đất cát chiếm 5,9% và đất phù sa chiếm 2,8% diện tích. Về đa dạng thực vật: Với diện tích rừng 486.688 ha, trong đó rừng tự nhiên 447.837 ha, rừng trồng 38.851ha, trong đó có 17.397 ha rừng thông, diện tích không có rừng 146.386 ha. Thực vật ở Quảng Bình đa dạng về giống loài: có 138 họ, 401 chi, 640 loài khác nhau. Rừng Quảng Bình có nhiều loại gỗ quý như lim, gụ, mun, huỵnh, thông và nhiều loại mây tre, lâm sản quý khác. Quảng Bình là một trong những tỉnh có trữ lượng gỗ cao trong toàn quốc. Hiện nay trữ lượng gỗ là 31triệu m3. Tài nguyên biển và ven biển: Quảng Bình có bờ biển dài 116,04 km với 5 cửa sông, trong đó có hai cửa sông lớn, có cảng Nhật Lệ, cảng Gianh, cảng Hòn La, Vịnh Hòn La có diện tích mặt nước 4 km2, có độ sâu trên 15 mét và xung quanh có các đảo che chắn: Hòn La, Hòn Cọ, Hòn Chùa có thể cho phép tàu 3-5 vạn tấn vào cảng mà không cần nạo vét. Trên đất liền có diện tích khá rộng (trên 400 ha) thuận lợi cho việc xây dựng khu công nghiệp gắn với cảng biển nước sâu. Tài nguyên nước: Quảng Bình có hệ thống sông suối khá lớn với mật độ 0,8 - 1,1 km/km2. Có năm sông chính là sông Roòn, sông Gianh, sông Lý Hoà, sông GVHD :PGS.TS Trần Đức Nhiệm Sv:Phạm Chí Linh TS.Bùi Đức Chính Lớp: Đường hầm & Mêtro k46 10 [...]... cho phng ỏn 1 2.1.3 KT CU V HM a cht cú hai dng a cht: th nht l dng ỏ cui kt nt n va f kp = 5 l loi ỏ CI, nờn cú th s dng thun li phng phỏp NATM thi cụng ng hm trong a cht ú; Loi a cht th 2 l ỏ vụi phong húa ớt nt n f kp = 7, nờn cú th s dng thun li phng phỏp NATM thi cụng ng hm trong a cht ú Nguyờn lý c bn ca phng phỏp ny l : S dng cụng tỏc chng gi ng hm nhm mc ớch tỏc ng n khi ỏ nú tr thnh mt... phỏp cụng ngh thi cụng hm: GVHD :PGS.TS Trn c Nhim TS.Bựi c Chớnh 25 Sv:Phm Chớ Linh Lp: ng hm & Mờtro k46 Trng HGTVT B mụn Cu- Hm N TT NGHIP Vi mc ớch nghiờn cu nờn em kin ngh thi cụng bng phng phỏp NATM iu kin a cht ti khu vc hm i qua ch yu l loi a cht cú RMR = 49 ( f kp = 5) v RMR = 62 ( fkp =7 ) Do ú ta chn s b kt cu hm l dng ng cong 3 tõm khụng cú vũm nga, kt hp vi phun bờtụng v neo Vi khu vc... 2.5 46.5 400 5 2.5 70 300 theo khu Ton tuyn vc Phõn b ỏ trm tớch dm kt theo khu Km:0+900Km1+580 Km:100Km1+400 vc 3.2 Phõn loi a cht trong cỏc khu vc d kin tuyn hm i qua Do hm c thi cụng theo phng phỏp NATM nờn a cht khu vc hm c phõn loi theo ch tiờu RMR Ch tiờu RMR ỏnh giỏ cht lng ỏ thụng qua 6 thụng s Bng cỏch cho im cỏc thụng s v tớnh tng s im t c thỡ s phõn t ỏ thnh cỏc cp loi nh sau: Bng 3.3: Bng... phi mng trỏnh mụmen un phỏt sinh trong nú GVHD :PGS.TS Trn c Nhim TS.Bựi c Chớnh 35 Sv:Phm Chớ Linh Lp: ng hm & Mờtro k46 Trng HGTVT B mụn Cu- Hm N TT NGHIP Nh vy, kt cu v hm thi cụng theo phng phỏp NATM gm cỏc b phn ch yu sau: neo, lp bờtụng phun (BTP), lp chng thm, lp v bờtụng vnh cu 2.13.1 Chiu dy v hm bờ tụng ti ch: Chiu dy lp v vnh cu ti thiu l 30 cm, iu ny nhm m bo iu kin chu lc ca v hm di... chuyn ra u vũi phun bng hi ộp, t u vũi phun va c bn lờn trờn b mt trỏt v dớnh y dn lờn to thnh lp bờ tụng Phng phỏp phun trn t cú nhiu u im v cht lng va v v mụi trng so vi phng phỏp phun trn khụ Chất kết dính nhanh Cốt liệu mịn Cốt liệu thô Cốt liệu thô Máy phun uớt Máy trộn Nuớc Chất phụ gia Đầu phun Khí nén Hỡnh 1.3: cụng ngh bờ tụng phun - Chiu dy: tựy thuc vo a cht m cú chiu dy khỏc nhau theo kinh