ĐỒ ÁN ĐƯỜNG HẦM GIAO THÔNG THI CÔNGBẬC DƯỚI f=7, RMR 61

* Lựa chọn sơ đồ đào Từ những điều kiện ban đầu và diện tích gơng đào trung bình Sđ= 32,92m2, chiều cao thi công của đờng lò là 6,15m, ta chọn sơ đồ đào toàn gơng bằng phơng pháp khoan

đề số 3

Thiết kế thi công bậc dới đờng hầm với các thông

số theo yêu cầu

* Các số liệu đầu vào: f=7, RMR=61, RQD = 80% , Ko=70Mpa, lu lợng nớc

ngầm 8lít/ h/1m hầm

* Kích thớc đào đờng hầm: hình vòm tờng cong chiều rộng phía đáy 5,5m,

bán kính là 3,1m , chiều cao đờng hầm 6,15m khoảng cách lớn nhất từ gơng đến bãi thải là 2km độ dốc của hầm là 3%

* Kết cấu chống tạm: Bê tông phun dày 10cm, neo bê tông cốt thép φ 22 dài 2,5m với mật độ 8,9 neo so le khoảng cách 1,5m

Tiết diện đào có kích thớc dạng vòm bán nguyệt tờng chéo, tổng diện tích

Từ bảng phân loại đá của Biennawski cho thấy rằng đá xung quanh công

trình độ cứng tơng đối lớn Với chỉ số RMR = 61 đây là loại đá tơng đối tốt, cứng vững, thuộc loại đá nhóm II chính vì vậy ta sẽ chọn phơng pháp thi công thông th-ờng (phơng pháp khoan nổ mìn) là hiệu quả nhất

1.3 thời gian tồn tại không chống:

đất đá ở đây có f=7, RMR=61, với khẩu độ là 5,5m theo bài ra Thời gian tồn tại không chống là hai tháng [1]

* Lựa chọn sơ đồ đào

Từ những điều kiện ban đầu và diện tích gơng đào trung bình Sđ= 32,92m2, chiều cao thi công của đờng lò là 6,15m, ta chọn sơ đồ đào toàn gơng bằng phơng pháp khoan nổ min thông thờng

Thời gian tồi tại ổn định không chống là 2 tháng khi khẩu độ là 5,5 m Khối đá

có f=7 nên lựa chọn phơng pháp khoan nổ mìn là hợp lý và kinh tế nhất

Việc thi công toàn gơng cho phép ta thi công nhanh hơn, an toàn hơn, việc bố trí trang thiết bị thi công không phức tạp, dễ dàng cho việc tổ chức thi công hầm

2 Lựa chọn sơ đồ thi công

Phơng án lựa chọn sơ đồ thi công là:

Thi công theo phơng pháp nối tiếp

Theo yêu cầu thi công hầm với tốc độ là 120m/tháng, và tốc độ để bê tông là 90m/tháng Để đạt đợc tốc độ cao nh vậy thì ta cần có sơ đồ tổ chức thi công cho phù hợp

Các căn cứ để lựa chọn sơ đồ thi công là:

2.1 Tốc độ đào hầm

Tốc độ đào hầm có ảnh hởng lớn tới việc lựa chọn sơ đồ thi công ở đây tốc độ

đào yêu cầu là 120m/tháng, nh vậy trong 1 ngày phải đào đợc 4 mét hầm, với thời gian làm việc là 30 ngày trong tháng tuy nhiên trong xdctn ngời ta thờng lấy số ngày làm việc là 26 ngày nh vậy ta cần tính toán lại

2.2 Khả năng tổ chức thi công và trang thiết bị thi công.

+ Thiết bị khoan: chọn máy khoan có khả năng khoan đợc các lỗ khoan ở gơng

có tiết diện tới 32,92 m2 chọn máy khoan Boomer 322 có thể đào đợc tiết diện tới

40 m2

+ Tính chất của đất đá:

Đây là một điều kiện quan trọng trong việc lựa chọn sơ đồ thi công Đá có hệ số

chảy vào đờng hầm dự tính là 8l/h/1m hầm

Tiết diện gơng đào Sđ=32,92 m2 là không lớn, chỉ số RMR = 61và chiều rộng hầm B = 5,5m, thì thời gian ổn định không chống tính theo Bieniawski là hai tháng Vì vậy thi công theo sơ đồ đào toàn gơng

+ khả năng tổ chức thi công: Việc lựa chọn sơ đồ thi công phải phù hợp với trình

độ tổ chức thi công của cán bộ thi công cũng nh của công nhân Vì thế ta lựa chọn phơng pháp thi công nối tiếp, đây là một phơng pháp thi công đơn giản, không đòi hỏi trình độ tổ chức cao, dễ thi công Chính vì thế ta tiến hành thi công theo phơng pháp nối tiếp toàn phần, đây là phơng án dễ thi công không cần trình độ tổ chức cao, phù hợp với điều kiện Việt Nam

3 Kết cấu gia cố sau khi đào:

Thành phần của kết cấu gia cố đợc lựa chọn phụ thuộc vào độ bền của khối đá, mật độ nứt nẻ, điều kiện địa chất thủy văn, thời gian ổn định không chống Với khối đá ít nứt nẻ và dịch chuyển vào khoảng trống công trình thì có thể gia cố tạm bằng vì neo, bê tông phun, còn với khối đá nứt nẻ nhiều (dễ tróc vỡ và sập lở vào công trình), biến dạng và dịch chuyển lớn thì đòi hỏi kết cấu chịu tải ngay thì ta dùng vì thép để chống

có mật độ khe nứt trên 1m dài từ 5 ữ 1 (ít nứt nẻ)

hiệu quả là neo và bê tông phun, vì với loại đá này sau khi đào khả năng dịch

chuyển và sập lở đá vào trong công trình là không xảy ra trong thời gian khoan cắm neo và phun bê tông

2 Tính toán tiến độ đào:

Với tốc độ đào đặt ra là 120m/tháng, nhng để sau 1 tháng ta phải hoàn thành 120m hầm (đã gia cố) thì tiến độ đào 1 ngày ta phải thực hiện lớn hơn 4m để sau khi đào song 120m hầm (tơng ứng là 26 ngày) thì thời gian còn lại để phục vụ cho quá trình thi công hoàn thiện kết cấu gia cố

Tiến độ đào hầm phụ thuộc vào tốc độ đào, tiết diện gơng đào và chiều rộng của hầm thiết kế khi đào (B = 5,50 m) theo khả năng tạo phễu nổ thì tiến độ lớn nhất

có thể lấy là B/2 = 2,75 m

Tuy nhiên, để bố trí thời gian làm việc hợp lý cho công nhân và máy móc không mất nhiều thời gian ngừng nghỉ, đồng thời đảm bảo tốc độ đào yêu cầu thì tiến độ đào đợc thiết kế là 2,5 m trong thời gian 1,5 ca làm việc, mỗi ngày làm 3 ca (tơng ứng tiến độ 1 ngày là 5,0m; một tháng đào đợc 130m) Số ngày thừa so với yêu cầu tiến độ dùng để hoàn thành công tác gia cố

3 Tính toán hộ chiếu khoan nổ mìn

5.1 Loại thuốc nổ

Hiện nay thuốc nổ dùng để đào hầm thờng dùng là thuốc nổ dẻo và thuốc nổ nhũ tơng, theo điều kiện thực tế ta chọn Power magum 3151

Thông số kỹ thuật của thuốc nổ PM 3151:

Loại chính: + Đờng kính thỏi thuốc: db = 32 mm

+ Chiều dài thỏi thuốc: l = 200mm+ Trọng lợng 1 thỏi: G1 = 0,19 kg+ Sức công nổ thờng lấy: p = 380 cm3

+ Mật độ thỏi thuốc: ∆ = 1,23 g/cm3

Loại phụ:

+ Đờng kính thỏi thuốc: db = 38 mm+ Trọng lợng 1 thỏi: G2 = 0,9 kg+ Chiều dài thỏi thuốc: l = 700 mmTrong quá trình tính toán thì ta sử dụng chỉ số của thỏi thuốc chính để tính toán

5.2 Thiết bị nổ:

Để điều khiển thời gian vi sai giữa các hàng mìn khi nổ thì ta dùng kíp phi điện,

đây là loại kíp hiện nay đang sử dụng rộng rãi, với u điểm là đấu ghép dễ dàng, thời gian vi sai chính xác và nó đã đợc sử dụng hiệu quả

Thiết bị nổ gồm có: - Dây nổ

- Kíp nổKíp nổ EXEL MS bao gồm một kíp nổ phi điện, một đoạn dây tín hiệu

EXEL và một móc nối ’J’

Đặc tính kỹ thuật:

- Đờng kính ngoài: 3 mm

- Độ bền kéo tối thiểu: 45 kgF

- Độ dài tiêu chuẩn (m): 3,6; 4,9; 6,1; 9

- Thời gian vi sai tiêu chuẩn

Đặc tính kỹ thuật dây nổ PowerplexTM5:

- Màu vàng phủ sáp với 2 dải đen

- Độ bền kéo tối thiểu: 90 kgF

Đờng kính lỗ khoan dk trớc tiên phụ thuộc đờng kính bao thuốc dt và khả năng

dễ nạp thuốc vào trong lỗ khoan Tỷ số dk/dt có ảnh hởng tới mật độ nạp thuốc và

do đó ảnh hởng tới hiệu quả nổ phá, theo kinh nghiệm thì:

dlk = db + 4 ữ 8, mm

Ta chọn dlk = 45 mm, nhằm phù hợp với thiết bị khoan Boomer 322

Tuy nhiên với đờng kính lỗ khoan nh trên thì quá lớn so với đờng kính thỏi thuốc chính đợc sử dụng, chính vì vậy, đối với lỗ mìn đột phá và phá phụ thì ta sẽ

sử dụng thỏi thuốc phụ đờng kính db = 38 mm Nh vậy thì có thể nâng cao đợc chất lợng phá đá của lỗ mìn, còn đối với lỗ mìn biên thì đợc nạp bằng thỏi thuốc có db =

32 mm thì sẽ hạn chế đợc hệ số thừa tiết diện của gơng đào

5.4 Chiều sâu lỗ khoan:

Chiều sâu lỗ khoan đợc xác định phụ thuộc vào tốc độ thi công đợc đa ra Ta tiến hành xác định chiều sâu lỗ khoan theo công thức sau:

Lk= vth.Tck/T.26.η = 2,6 m

Trong đó:

- vth là vận tốc đào hầm trong 1 tháng,120m/tháng

- Tck là thời gian hoàn thành một chu kì, 12giờ

- T là thời gian làm việc trong ngày, 24giờ

- 26 là số ngày làm việc trong tháng,(đ với thi công hầm)

- η là hệ số hiệu quả nổ mìn η= 0,89

Ta thấy lk=2,6m là chiều dài lỗ khoan phù hợp với khả năng thi công của máy

khoan Boomer 322 Hơn nữa chiều dài lỗ khoan nhỏ hơn bán kính của gơng đào

Điều này cho phép khi nổ mìn sẽ đạt hiệu quả cao, ảnh hởng tới biên công trình là

ít

Lck = η.Lk=0,89.2,6=2,3 m

Trong đó: Lck - Tiến độ một chu kỳ đã tính ở trên

Nh vậy sau khi tính toán lại ta thấy tiến độ một chu kỳ sẽ là 2,3m Trong 26 ngày sẽ đào đợc 120m theo đúng yêu cầu tiến độ

5.5 Lợng thuốc nổ đơn vị:

Lợng thuốc nổ đơn vị (q) phụ thuộc vào loại thuốc sử dụng, tiết diện gơng đào, tính chất cơ lý của đá,

Tính theo Olofson: = 14 +0,4ữ0,8

d S

Trong đó:

Sd - Diện tích gơng đào thiết kế, 32,92m2

0,4 ữ 0,8 hệ số đợc chọn phụ thuộc vào loại đá, ở đây với đá loại II là đá tốt, cứng vững ( theo sự phân loại của Bieniawski ) nên lấy hệ số này là 0,8

Thay vào ta đợc:

92.32

14

≈

=+

fd là hệ số kể đến cấu trúc của đất đá trong gơng, với f=7 nên lấy fd=1,4

v là hệ số nén ép của đất đá với Sđ> 18m2, có v=1,2 – 1,5 nên lấy v=1,5

5 , 8 5 , 8 5 , 8

=

=

=

d S

Xuất phát từ điều kiện khối đá rắn chắc (f = 7) ít nứt nẻ, tiết diện gơng đào

Sd = 32.92 m2 Dẫn đến lợng dùng thuốc nổ đơn vị sẽ lớn so với đá cùng loại tiết diện gơng lớn hơn Nếu chỉ tiêu thuốc nổ lấy theo Olofson hay N.M.Pocropxki thì

sẽ tơng ứng với số lỗ mìn trên gơng là ít không đảm bảo yêu cầu tạo đờng biên trơn

và kích thớc cục đá nổ ra sẽ không đồng đều

Vì vậy chỉ tiêu thuốc nổ ở đây đợc lấy: q = 1,48 ; kg/m3

Tuỳ thuộc vào từng kết quả nổ cụ thể mà ta sẽ có biện pháp điều chỉnh chỉ tiểu thuốc nổ tiêu chuẩn q, nếu có biểu hiện đá nổ quá ra quá vụn hay hệ số thừa tiết diện lớn thì chỉ tiêu q sẽ đợc giảm xuống, còn trờng hợp ngợc lại thì lấy tăng lên

5.6 Tổng số lỗ mìn trên gơng ( Tính theo N.M.Pakrôvski):

Nc = Ndp + Np + Nb ; lỗ ( 1.2 )Trong đó:

k d a

s q

c

273,12

∆

Ndp, Np, Nb - Là số lỗ mìn đột phá, phá phụ - tạo nền và tạo biên

Sd – Diện tích gơng đào, Sd = 32,92 m2

q – Chỉ tiêu thuốc nổ bình quân, q = 1,48 kg/m3

a – Hệ số nạp mìn bình quân, theo tiêu chuẩn kỹ thuật và để đơn giản trong quá trình nạp thuốc ta lấy: a = 0,7

∆ - Mật độ thuốc nổ trong các thỏi thuốc nổ nạp trên gơng, ∆ = 1230kg/m3

d - Đờng kính trung bình của thỏi thuốc, d =0,032m

k – Hệ số nèn chặt của thuốc nổ sau qúa trình nhồi mìn ( do nhiều nguyên nhân khi nạp mìn ), nếu nạp tơng đối chặt thì lấy k = 0,95

74 95 , 0 032 , 0

1230 7 , 0

92 , 32 48 , 1 273 , 1

Sđào- Diện tích đào hầm; Sđào= 32,92m2

γ = lợng thuôc nổ trung bình trên 1m chiều dài lỗ khoan

γ = 0,785 db2.a.kn.∆ = 0,70 kg/m

+ db = + db = 0.032m - đờng kính thỏi thuốc

+ a = 0,7 hệ số nạp thuốc, phụ thuộc vào hệ số kiên cố của đất đá

và đờng kính thỏi thuốc, lấy theo bảng 2.8(1)

+ kn = 1– hệ số nén chặt thỏi thuốc trong lỗ mìn

+ ∆ = 1230 kg/m3 – mật độ thuốc nổ trong thỏi thuốc

Với các giá trị của tiết diện đào hầm ta có số lỗ mìn trên gơng tơng ứng là

Nc= 75 lỗ.

Chọn số lỗ mìn là 75 lỗ

- Số lỗ mìn tạo biên:

Nhìn chung, đối với các lỗ mìn tạo biên thì khoảng cách giữa các lỗ càng nhỏ và lợng thuốc càng giảm thì chất lợng tạo biên tăng lên ở đây để phù hợp

về số lợng lỗ mìn của các nhóm lỗ mìn thì ta lấy khoảng cách giữa 2 lỗ mìn tạo biên là 600mm

2728,271600

157701

Do tiết diện gơng đào là 32,92 m2 nên chỉ thiết kế 1 vùng đột phá, và diện tích vùng đột phá dự tính nổ ra khoảng 2 m2 nhằm tiết kiệm tối đa chi phí thuốc nổ.Ngoài ra tuỳ thuộc vào kết quả nổ mìn của từng gơng mà ta sẽ có sự điều chỉnh

9 lỗ nền và 33 lỗ phá phụ

Còn đối với các lỗ mìn phá phụ thì khoảng cách đợc xác định theo tỷ lệ chu vi các hàng bố trí lỗ khoan Khoảng cách đợc thể hiện trên hình vẽ

5.7 Chiều sâu các nhóm lỗ mìn

Tuỳ theo vai trò của mỗi nhóm lỗ khoan mà ta thiết kế với độ sâu khác nhau

- Đối với nhóm lỗ mìn tạo biên và phá phụ thì chiều sâu của lỗ mìn bằng chiều sâu trung bình lỗ khoan

- Với nhóm đột phá theo kinh nghiệm chiều sâu lớn hơn chiều sâu trung bình

từ 15 ữ 20cm:

Ldp = Ltb + 200 = 2600 + 200 = 2800 , mm

- Đối với lỗ khoan trống thì đợc xác định phụ thuộc vào sơ đồ đột phá, ta thiết kế sơ đồ đột phá dạng hình nêm, lỗ khoan trống đợc bố trí ở giữa nằm trên trục dọc công trình; nó có vai trò tạo mặt tự do phụ và làm cho đá vùng đột phá nổ

ra đều cục ( tránh phá ra tảng lớn )

Lt = 2/3 Ltb≈ 1733mm

5.8 Góc nghiêng của lỗ khoan

- Theo kinh nghiệm khoảng cách giữa các đáy của lỗ đột phá trên mặt phẳng nằm ngang là: 10 ữ 15 cm, ta lấy là 15cm

Vì vậy góc nghiêng lỗ đột phá trên mặt phẳng nằm ngang tính đợc 850

- Đối với lỗ mìn tạo biên góc nghiêng đợc tính toán trên cơ sở sao cho sau khi nổ mìn ( với hệ số sử dụng lỗ mìn là η = 0,89 ) thì đáy lỗ mìn cách biên thiết

kế một khoảng 10cm để máy khoan có thể khoan trên biên khi khoan gơng tiếp theo

d - Đờng kính thỏi thuốc, d = 0,032m

a - Hệ số nạp thuốc trong các lỗ mìn, theo tiêu chuẩn kỹ thuật a = 0,7

∆ - Mật độ thỏi thuốc, ∆ = 1230 kg/m3

⇒γ = 0,785.0,0322.0,7.1230.0,95 ≈ 0,7 ; kg/m

+ Nhóm lỗ tạo biên và nền: chiều dài lỗ mìn biên sẽ là: lb ≈ 2,6 m

Lợng thuốc nạp trung bình của lỗ biên là:

γb = γ k1 = 0,7.0,5 = 0,35 ; kg/m

( k1 - Hệ số phân bố ứng suất phụ thuộc vào hệ số công nổ e; với e ≤ 1 thì k1 = 0,5 ) Lợng thuốc trong 1 lỗ tạo biên là:

qb = γb lb = 0,35.2,6 = 0,91 ; kg/lỗ + Nhóm lỗ đột phá:

Lỗ mìn đột phá sẽ đợc bố trí nghiêng một góc 850 trong mặt phẳng nằm ngang

đi qua trục đờng hầm Nên chiều dài lỗ của nó là: ldp = 2,8m

qdp = γ ldp = 0,7.2,8 = 1,96 ; kg/lỗ

+ Nhóm lỗ mìn phá phụ :

Lợng thuốc trong 1 lỗ khoan là:

qp = γ lp = 0,7 2.6 = 1,82 ; kg/lỗ

Với sơ đồ bố trí 6 lỗ mìn đột phá, 27 lỗ mìn tạo biên và tạo nền, 42 lỗ mìn phá phụ

Nh vậy tổng khối lợng thuốc phải nạp trên gơng là:

2 Diện tích gơng hầm m2 32,92

4 Tổ chức công tác khoan nạp và nổ mìn

6.1 lựa chọn thiết bị khoan

nh phân trên đã chọn lựa chọn máy khoan boomer322

Bảng 2 Đặc tính kỹ thuật máy khoan Boomer 322

6 Đầu khoan COP 1238 2

Nếu lấy phoi khoan bằng nớc thì phải kiểm tra ống dẫn nớc trớc khi khoan Phải

đề phòng các thiết bị có thể hỏng để thay thế Sau khi khoan song tiến hành kiểm tra lỗ khoan ( làm sạch lỗ khoan bằng khí nén, kiểm tra độ sâu lỗ khoan và số lỗ khoan )

6.3 Tổ chức nạp - nổ mìn

- Do đội thợ mìn chuyên trách thực hiện

- Thuốc nổ chuẩn bị trớc ngoài cửa hầm, buộc theo chiều dài thanh tre

- Nạp phần trên thì đứng ở sàn công tác của máy khoan, phần thấp hơn

đứng bằng thang tre

- Kiểm tra mạng bằng cầu đo điện trở

Tiến hành nạp từng thỏi thuốc vào trong lỗ khoan, với thỏi thuốc có gắn kíp thì phải đợc gắn trớc tại gơng và các thỏi này phải đợc nạp vào đầu tiên trong lỗ khoan

rồi mới đến các thỏi khác, ngoài cùng là nạp bua; bua mìn đợc làm từ hồn hợp cát - sét với tỷ lệ 3:1 và độ ẩm khoảng 20%.

Các kíp mìn trong 1 nhóm đợc đấu nối tiếp, và giữa các hàng thì đấu song song Kích nổ bằng máy nổ mìn BMK - 500

Công tác an toàn cho nổ mìn đợc thể hiện trong hộ chiếu khoan nổ mìn

5 Công tác thông gió:

Sau khi nổ mìn song ta phải tiến hành công tác thông gió đa gơng vào trạng thái

an toàn ở đây ta phải sử dụng phơng pháp thông gió cục bộ nhằm làm sạch khí bẩn

độc hại trong quá trính thi công Ta áp dụng phơng pháp thông gió đẩy

Để thông gió hợp lý thì ta phải tính chọn quạt gió

7.1 Lu lợng không khí cần thiết cung cấp tới gơng hầm:

7.1.1 Theo số lợng ngời làm việc trong hầm đồng thời:

Q1 = 6.N.Kn , m3/ph Trong đó: Q1- Lu lợng gió sạch cần thiết

N- Số ngời làm việc trong hầm dự kiến lớn nhất N = 8 ngời

6 m3/ph - Là lợng gió sạch cần cho 1 ngời làm trong hầm

kn- Hệ số dự trữ k = 1,3 ữ1,5, ta lấy k = 1,5

Vậy Q1 = 6.8.1,5 = 67,5m3/ph = 1,125 m3/s

7.1.2 Theo tốc độ không khí tối thiểu trong hầm

Lấy theo tiêu chuẩn kỹ thuật hầm giao thông thì :

Q2 = 0,2.Sd , m3/sVới: Sd - Diện tích tiết diện đào

0,2 m/s - Tốc độ gió nhỏ nhất trong hầm

Q2 = 0,2.32,92 = 6,584 m3/s

7.1.3 Theo tổng công suất của các thiết bị sử dụng động cơ diezen

KPAZ - 256 công suất 90kW/cái

Vậy lu lợng khí cần cho điều kiện này là: