Thiết kế sơ bộ hầm đường bộ

Tất cả các yếu tố trên tạo nên dạng địa hình rất khó khăn và phức tạp trong công tác vạch tuyến.Tình hình giao thông trong khu vực chủ yếu là đường nhỏ dành cho các phương tiện thô sơ, c

PHẦN I:

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG

TRÌNH

I MỤC ĐÍCH XÂY DỰNG TUYẾN HẦM

Hầm được xây nhằm rút ngắn được quãng đường di chuyển và giao thông luôn được thông suốt, an toàn cho đoàn tàu chạy trên tuyến.Trước đây đoàn tàu muốn qua khu vực này phải đi qua một quãng đường dài và thiếu an toàn khi đi qua đoạn đường nút cổ chai Với việc tuyến hầm này được xây dựng

sẽ giảm được đáng kể chi phí cho khai thác và chi phí cho công tác bảo đảm

an toàn cho các đoàn tàu qua lại Trong tương lai, với sự phát triển mạnh mẽ

về kinh tế của cả nước và của khu vực tuyến hầm đi qua thì việc rút ngắn thời gian vận chuyển sẽ cực kỳ quan trọng Vì vậy việc xây dựng tuyến hầm

sẽ đáp ứng tốt nhu cầu đi lại trong quá trình phát triển kinh tế hiện tại và tương lai

II NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

Thiết kế hầm đường đường sắt đôi

III TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ

1 Quy trình và quy phạm thiết kế được áp dụng :

Tiêu chuẩn thiết kế hầm đường sắt và hầm đường ôtô TCVN 88

4527-Tham khảo Tiêu chuẩn Nhật Bản dùng cho đường hầm xuyên núi.Hướng dẫn thiết kế hầm Thủy công HDTL- C3-77

Tham khảo các tài liệu, tiêu chuẩn khác có liên quan

2 Các tiêu chuẩn kỹ thuật :

- Cấp đường III

- Đường sắt khổ 1435

- Bán kính tối thiểu đường cong trên tuyến R = 400

- Độ dốc dọc tối đa trong hầm ih,max = 20‰

2 Khí hậu

Khu vực tuyến hầm đi qua là khu vực có khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm ướt.Thông thường khí hậu khu vực này có hai mùa rõ rệt là mùa mưa (từ tháng 4 đến tháng 10) và mùa khô (từ tháng 10 đến tháng 4 năm sau) Lượng mưa trung bình dao động từ 1200

mm đến 2200 mm (trung bình là 1500 mm), độ ẩm ướt trung bình 85%, lượng bốc hơi trung bình 938mm/năm Vào mùa khô khí hậu tương đối tốt có nhiều thuận lợi cho xây dựng các công trình hạ tầng cơ sở Do đó ta nên chọn thời gian thi công vào mùa khô

3 Điều kiện địa hình, địa chất và GTVT

Địa hình khu vực không đồng đều, gồm nhiều núi nằm sát nhau và trải rộng trên toàn bộ khu vực Núi có độ dốc lớn, xen kẽ là các vực sâu Do lượng mưa tại khu vực là khá lớn, đất đá phong hóa thường xuyên bị nước mưa rửa trôi gây nên hiện tượng sụt lở trên diện rộng Dưới lớp đất phong hóa là lớp đá cát kết, đá vôi…

Sông suối trong khu vực có chiều dài không lớn Tuy nhiên do núi có

độ dốc lớn nên sẽ hình thành các dòng chảy rất mạnh vào mùa mưa Trong khu vực có một số dòng nước ngầm trong núi đá vôi Vì vậy rất dễ gặp hang động caster

Tất cả các yếu tố trên tạo nên dạng địa hình rất khó khăn và phức tạp trong công tác vạch tuyến.

Tình hình giao thông trong khu vực chủ yếu là đường nhỏ dành cho các phương tiện thô sơ, có độ dốc rất lớn Rất không đảm bảo an toàn cho người khi qua lại Tuyến đường cũ để qua khu vực đi lại rất khó khăn, mất thời gian và hao tổn nhiên liệu lớn

Số liệu địa chất khảo sát được trình bày tại Bảng tổng hợp địa chất

của phương án Bảng1.

4 Nước ngầm

Có các con sông nhỏ đang hoạt động, có nguồn gốc từ nước mưa hoặc sương mù Các khe nứt có chứa nước Do vậy mực nước ngầm ảnh hưởng đáng kể tới công tác thi công, nhất là tại vùng tụ thủy mà tuyến đi qua

5 Khả năng cung cấp điện nước, vật liệu xây dựng

Nguồn điện được cung cấp từ mạng lưới điện địa phương bằng đường dây truyền tải điện 35kV, hai trạm biến áp được đặt gần hai cửa hầm Tuy nhiên để đảm bảo tiến đọ thi công cũng như các sự cố có thể xảy ra do mất điện cần trang bị thêm 2 máy phát điện tại hai cửa hầm để sử dụng trong những trường hợp cần thiết

Nguồn nước ngầm tại khu vực được tận dụng để cung cấp cho dự án.Vật liệu đất đá để thi công các đoạn đường đắp có thể tận dụng từ đất

đá đào hầm Đá dùng cho công tác bêtông được khai thác tại mỏ đá gần công trường

6 Dự báo Giao Thông

Tỷ lệ tăng trưởng giao thông phát triển theo các loại xe đối với những năm dự báo (2010, 2020, 2030) được dựa trên mức tăng trưởng dân số, kinh tế vùng và trong cả nước

7 Quy định nồng độ khí độc cho phép

Nồng độ khí độc trong hầm sau khi phương tiện qua 15 phút phải nhỏ

hơn nồng độ cho phép được quy định trong bảng 2

Trọng lượng riêng γ

(T/m3)

Góc

ma sát trong

ϕ

(độ)

Môđun đàn hồi E (kG/cm 2 )

Hệ số Poatxông

µ

Hệ số nền tiêu chuẩn

Bảng 2 QUY ĐỊNH NỒNG ĐỘ KHÍ ĐỘC CHO PHÉP

(TCVN 4527-1988-tiêu chuẩn thiết kế hầm ô tô và hầm đường sắt)

V CÁC PHƯƠNG ÁN TUYẾN TRÊN BÌNH ĐỒ.

1 Yêu cầu chung của công tác vạch tuyến trên bình đồ

Khắc phục các yếu tố khó khăn của tuyến đường về bình đồ, trắc dọc

Tuyến hầm phải phù hợp với tổng thể mạng lưới đường hiện tạiCác phương án tuyến phải xét đến sự thuận lợi cho thiết kế, đặc biệt là thi công Phù hợp với công tác vận chuyển vật liệu, tận dụng được vật liệu tại chỗ nhằm giảm thiểu được chi phí xây dựng

Sự lựa chọn của phương án phải dựa trên cơ sở phân tích , so sánh

về kinh tế trong thiết kế, thi công, khai thác Đặc biệt là yếu tố an toàn cho các phương tiện phải được bảo đảm

Vạch tuyến bình đồ và trắc dọc của hầm được thiết kế đảm bảo các chức năng và mục đích của hầm như là một phần của tuyến đường theo địa hình, địa chất, sử dụng diều kiện môi trường dựa trên kết quả khảo sát, đo đạc ngay tại hiện trường

Vạch tuyến của bình đồ nên chọn hướng tuyến thẳng, đường cong bán kính lớn để đảm bảo giao thông luôn thông suốt

Độ dốc hầm đối với trắc dọc được lập phải lớn hơn 3‰ để đảm bảo thoát nước tự nhiên trong quá trình thi công hầm Để đảm bảo điều kiện thông gió tốt trong hầm, giảm thiểu lượng khí thải của phương tiện thì độ dốc dọc không 6‰

2 Các phương án tuyến trên bình đồ

Có các phương án tuyến hầm như sau để nối hai điểm A- B trên bình đồ:

A Phương án tuyến 1

Hai hầm đơn chạy song song, mỗi hầm thiết kế cho một đoàn tàu

chạy một chiều

Các thông số kỹ thuật của phương án của phương án:

+ Tổng chiều dài tuyến: 3206.7m+ Chiều dài hầm trái:2213.4m,chiều dài hầm phải:

2215.5m+ 2 đường dẫn dẫn riêng biệt vào cửa phía Bắc.Chiều dài

Các thông số kỹ thuật của phương án của phương án:

+ Tổng chiều dài tuyến: 3194.3m+ Chiều dài hầm: 2213.4m

+ Tổng chiều dài phần đường dẫn vào hầm phía Bắc là : 386.9 m

+ Chiều dài đường dẫn ra cửa phía Nam là : 594m Độ dốc dọc đường dẫn: 4‰ một hướng dốc đường dẫn vào hầm nằm trên đường cong R= 500m, dẫn vào cửa hầm phía Nam

+ Hầm được làm 1 hướng dốc Dốc dọc từ cửa hầm phía Bắc là -5‰ dài 2213.4m

PHẦN II:

THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ

ĐƯỜNG HẦM

- Cao độ tự nhiên cửa hầm phía Bắc: +58.69 m.

- Cao độ đặt hầm ở cửa hầm phía Bắc : +46 m

- Cao độ tự nhiên cửa hầm phía Nam : +45 m

- Cao độ đặt hầm ở cửa phía Nam : +32 m

- Chênh cao hai cửa hầm: 14 m

- Chiều dài hầm thực tế cần xây dựng:2215.5m

b Hầm trái :

- Vị trí cửa hầm phía Bắc: Km415+ 603.6

- Vị trí cửa hầm phía Nam: Km417+817

- Cao độ tự nhiên của cửa hầm phía Bắc: +58.82m

- Cao độ đặt hầm ở cửa hầm phía Bắc là : +46m

- Cao độ tự nhiên của cửa hầm phía Nam : +45m

- Cao độ đặt hầm ở cửa phía Nam : 32m

- Chênh cao hai cửa hầm: 14m

- Độ dốc dọc của hầm là:- 6‰

- Chiều dài hầm thực tế cần xây dựng: 2213.4m

2 Đường dẫn

Khu vực trước cửa hầm có địa hình dốc thoai thoải nên việc đào bạt tiến hành đơn giản và việc bố trí hai tuyến đường dẫn cũng không gặp mấy khó khăn

Bắc hầm được nối từ tuyến đường sắt cũ đến Km 425+431.4m thì tách làm hai đường để dẫn vào 2 hầm Đường cong dẫn vào cửa hầm có bán kính cong R = 400m Đường dẫn phía Nam có chiều dài 601.4m và nằm trên đường cong có bán kính R = 500 m

3 Đường hầm

a Khổ hầm và dựng khuôn hầm:

 Tĩnh không và các kích thước bên trong đường hầm:

+Mục đích của việc định ra tĩnh không hầm là bảo đảm cung cấp cho người sử dụng một đường hầm an toàn, dịch vụ tốt, các hoạt động khai thác diễn ra trôi chảy trong một không gian giới hạn, có bầu không khí dễ chịu và một thời gian phục vụ lâu dài với chi phí bảo trì thấp nhất Không một bộ phận nào của công trình vĩnh cửu được vi phạm vào tĩnh không hầm

+Tĩnh không (khổ giới hạn) là đa giác khép kín, nằm trên mặt phẳng vuông góc với tim đường tạo thành khoảng không tối thiểu dành cho giao thông, mọi chi tiết kết cấu của công trình trên đường đều phải nằm bên ngoài đường bao giới hạn này

+Giới hạn tĩnh không hầm cũng là cơ sở để xác định kích thước và hình dạng mặt cắt kết cấu đường hầm

+Tĩnh không hầm trong đồ án này được lấy theo tiêu chuẩn thiết kế hầm đường sắt và đương ô tô TCVN 4527- 88 như sau: khổ giới hạn của đường sắt 1435 như hình vẽ :

hÇm ph¶i

cc

ba

O2

O1 O'1

Hình I.2: khuôn hầm cho phương án 1

b Kết cấu mặt xe chạy trong hầm

 Phương án 1 có dạng kết cấu vỏ hầm như hình vẽ :

Hình I.4: kết cấu vỏ hầm cho đất đá có f kp =5

d Chọn kết cấu cửa hầm

 Vị trí cửa hầm

Vị trí cửa hầm được xác định từ những thông số về kết cấu và kinh tế

có xét đến những điều kiện cụ thể của khu vực đặt cửa

Việc tăng chiều sâu đường đào trước cửa hầm sẽ làm tăng giá thành của cửa hầm, bạt dốc cửa hầm và gia cố chúng Bạt dốc đỉnh hầm cao cũng thường phá hoại sự ổn định của đá ở phần gần cửa và đòi hỏi tiến hành khối lượng khá lớn công tác đất đá ở trên cao Điều đó làm xấu điều kiện cơ giới hoá công tác này

Ngoài ra, chiều sâu đường đào lại bị hạn chế bởi chính tính chất của

đá mà đường đào xây dựng trong chúng Trong điều kiện bất lợi việc tạo nên đường dào sâu thường liên quan đến các hiện tượng trượt và sụt lở Xét về mặt đảm bảo thông xe an toàn thì đó là những nhân tố bất lợi

Kinh nghiệm thiết kế chỉ ra rằng trong đất sét chiều sâu đường đào trước cửa không vượt quá 12-15m trong đá cứng có thể đạt tới 20-25m Tuy

nhiên người ta thường lấy những trị số nhỏ hơn nhiều Điều đó được giải thích là khi mái dốc trước cửa lớn thì việc giảm bớt chiều sâu đường đào trước cửa sẽ giảm đáng kể khối lượng công tác đất mà chiều dài hầm dài ra không đáng kể bao nhiêu Chiều sâu tối thiểu của đường đào trước cửa trong

đá cứng quyết định sao cho bên trên vòng vỏ hầm đầu tiên có lớp đá dày (thường 2-3m) để đảm bảo thi công bằng phương pháp kín với sơ đồ công nghệ thống nhất cho toàn hầm

 Kết cấu cửa hầm

Cửa hầm là bộ phận chuyển tiếp từ đường đào vào hầm Cửa hầm có tác dụng đảm bảo ổn định mái dốc trên cửa hầm và ta luy đường đào, đảm bảo thoát nước từ trên sườn núi ra ngoài hầm Cửa hầm là bộ phận duy nhất

lộ ra ngoài nên còn có tác dụng trang trí cho công trình Đối với hầm nối thông với mặt đất nằm ngang (hầm xe điện ngầm) bằng hầm nghiêng có bố trí cho người lên xuống thì kết cấu đơn giản hơn vì không phải làm tường chắn Để chắn nước chỉ cần làm nhà bao che khu vực cửa hầm

Cửa hầm thường gồm có cửa chính, tuỳ thuộc vào địa hình khu vực cửa tường chính vuông góc hoặc chéo góc với trục hầm, rãnh thoát nước và vòng vỏ hầm đầu tiên Trong một số trường hợp (fkp < 2) để đảm bảo ổn định tường chính và giảm khối lượng đường đào, trước cửa hầm trên một đoạn nào đó có thêm các tường cánh có chiều cao thay đổi

Để xây cửa tiến hành đào cắt và chống mái dốc trên hầm Tường chính được liên kết với vòng vỏ đầu bằng cốt thép hoặc đoạn thép hình Các biên của tường chính tựa trực tiếp lên mái dốc ta luy đường đào hoặc đường cánh Đáy tường chính chôn sâu vào nền và ta luy đường đào 1,4- 1,8m ( có xét đến khả năng sói mòn và ổn định của tường chắn)

Nước chảy từ trên mái dốc trên hầm xuống được thu vào rãnh ngang

đào rồi xuống rãnh dọc ở nền đường ( cũng có thể tổ chức chảy theo ống ) Thành và đáy của rãnh nước được xây hoặc đổ bê tông để tránh sói mòn.

Để ngăn đá rơi từ trên mái dốc đỉnh hầm khoảng cách từ chân mái dốc đến lưng tường chính không nhỏ hơn 1,5m, lớp đất đủ dày để giảm chấn động do đá lăn từ trên mái dốc xuống

Độ dốc của ta luy trước cửa hầm có thể lấy theo bảng sau:

1.01.52.03.04.05.0

1: 1.501: 1.001: 0.81: 0.501: 0.301:0.25

Độ dốc của ta luy đỉnh hầm lấy thấp hơn một cấp so với ta luy đường đào

Cửa hầm có thể xây bằng đá hoặc bằng bê tông toàn khối Kích thước

cơ bản của các bộ phận xác định bằng tính toán Tường cánh, tường chính tính như tường chắn đất

Địa chất vùng cửa hầm tương đối yếu, vì vậy cần phải bố trí tường chắn trước cửa hầm Ta luy trước cửa hầm có độ dốc tương đối lớn, ta bố trí neo giữ để ổn định ta luy cửa hầm

Dựa vào điều kiện địa hình, địa chất tại khu vực em chọn kết cấu cửa

hầm như hình I 8.

tim h?m tim du?ng ống thoát nuớc

Hộ p kĩ th uật

+96

Lớp gia cố đá dăm XM dày 22cm

BTN dày 10cm

Lề ngu ời đi bộ 2%

tim du?ng tim h?m

+96

Hỡnh I.5: cửa hầm phương ỏn tuyến 1

Chi tiết cửa hầm mời xem bản vẽ bố trớ chung cỏc phương ỏn sơ bộ

e Hệ thống thụng giú

Phương ỏn thứ nhất cú tổng chiều dài hầm là 2300m nờn bắt buộc phải

bố trớ thụng giú nhõn tạo

Hệ thống thụng giú trong cụng trỡnh ngầm cú thể phõn loại theo hai loại sau : hệ thống thụng giú dọc và ngang

Tổng chiều dài hầm trong phương ỏn thứ nhất này là 2300m, nhưng

xe chạy một chiều nờn khụng khớ khụng bị quẩn nờn em chọn biện phỏp thụng giú dọc Thụng giú dọc: là tạo luồng khớ thổi dọc trong đường hầm, lấy lũng hầm làm đường dẫn giú chớnh Khi quạt thụng giú cú thể lợi dụng chiều thổi của giú tự nhiờn và hiệu ứng pớt tụng để tăng hiệu quả của quỏ trỡnh quạt giú

Sơ đồ thông gió sẽ được chọn trong đồ án này sẽ là sơ đồ thông gió hút đẩy hỗn hợp: Trạm cấp gió bố trí ngoài hai phía cửa hầm, khi quạt gió có rèm cửa đóng phía gió vào và mở cửa phía gió ra.

4 Thi công ,tổ chức thi công phương án

a Khi tiến hành thiết kế và tổ chức phải tuân theo những quy tắc sau:

- Bảo đảm thời hạn và tìm mọi cách tăng tốc độ thi công

- Cơ giới hoá cao nhất và tiến tới tự động hoá trong quá trình thi công

- Áp dụng các phương pháp và kỹ thuật thi công tiên tiến

- Áp dung tối đa các cấu kiện, chi tiết lắp ghép được chế tạo sẵn trong nhà máy

- Hạ giá thành

- Khối lượng công trình tạm thời nhỏ nhất

b Chọn phương án thi công

 Đào đất đá

phương án thi công hầm theo phương pháp khoan nổ, có sử dụng thêm các kết cấu chống đỡ

),đồng thời để tăng tiến độ thi công, mở rộng không gian thi công, ta chọn phương án chống tạm bằng neo chêm và bêtông phun Đoạn hầm mở rộng – hầm ngang ngoài việc sử dụng hệ chống đỡ tạm bằng neo chêm thì khoan

nổ tới đâu kết hợp cắm neo gia cố, dựng vòm chống thép và sử dụng Bêtông phun để ổn định mặt đào.

1,2, với độ giữ chậm tương ứng là 25,50, µs

Sử dụng máy điểm hoả BMA 50/100

 Số lượng kíp đấu song song : 50 kíp

 Số lượng kíp đấu nối tiếp : 100 kíp

+ Phương tiện đổ bê tông.

Sử dụng máy bơm và phun BT chuyên dụng

II PHƯƠNG ÁN SƠ BỘ THỨ HAI

1 Trắc dọc tuyến

- Vị trí cửa hầm phía Bắc: Km415+ 603.6

- Vị trí cửa hầm phía Nam: Km417+817

- Cao độ tự nhiên của cửa hầm phía Bắc: +58.82m

- Cao độ đặt hầm ở cửa hầm phía Bắc là : +46m

- Cao độ tự nhiên của cửa hầm phía Nam : +45m

- Cao độ đặt hầm ở cửa phía Nam : 32m

- Chênh cao hai cửa hầm: 14m

Đường dẫn vào hầm phía Bắc có chiều dài 386.9m độ dốc dọc 4‰ và nằm trên đường cong có bán kính R = 500m Đường dẫn phía Nam có chiều dài 594m , độ dốc dọc 4‰ và có bán kính đường cong là R = 500 m.

đến đáy hầm

cung tròn đi qua A’ như hình vẽ

tâm vẽ cung tròn AA’

Nối các cung tròn đã dựng ta được đường khuôn hầm của PA2

Hỡnh 1.7: khuụn hầm cho phương ỏn 2

c Kết cấu mặt xe chạy trong hầm:

Tà vẹt

Đá ba lat

Rãnh thoát nước

ống chứa cáp quang ống dẫn nước ngầm

dây điện

Hỡnh 1.8: cấu tạo mặt xe chạy trong hầm P/A2

d Chọn kết cấu vỏ hầm

Phương ỏn 2- cú dạng kết cấu vỏ hầm ứng với dạng địa chất với

tự đứng vững Tớnh toỏn chiều dày vỏ và lấy trờn toàn bộ vỏ hầm

chiều dày là 25cm lực (hỡnh 1.9)