ĐỒ ÁN ĐƯỜNG HẦM GIAO THÔNG r=6, h=5, f=12, RMR 85

Đánh giá thời gian ổn định không chống của khối đất đá xung quanh công trình là công tác quan trọng ảnh hởng tới tiến độ thi công và cả thời gian ổn định khối đất đá.Theo tiêu chuẩn đánh

Đồ án môn học

Xây dựng CTN dân dụng và công nghiệp

Đề Tài : Thiết kế thi công bậc dới đờng hầm với các thông số và yêu cầu:

- Bậc dới đờng hầm đào tiến sau theo hớng dốc lên , độ dốc 4‰ , khoảng cách giữa bậc trên và bậc dới là 100m, gơng trên cách cửa hầm 450 m:

- Hình dạng tiết diện ngang đào của đờng hầm hình vòm tờng thẳng, chiều cào bậc dới 4 m;

- Kích thớc: Bán kính vòm R = 6 m, chiều cao tờng H = 5 m;

- Phá vỡ đất đá bằng phơng pháp nổ mìn tạo biên, thuốc nổ sử dụng

là P1351, kíp vi sai phi điện;

- Kết cấu chống tạm trong thi công: Neo BTCT kết hợp bê tông phun

- Đờng hầm đào qua đáo có hệ số kiên cố f =12, RMR = 85 Tốc độ

đào yêu cầu v = 90 m/tháng;

ữ

Thiết Lập Trình Tự Bản Thiết Kế:

Đánh giá thời gian ổn định không chống của khối đất đá xung quanh công trình là công tác quan trọng ảnh hởng tới tiến độ thi công và cả thời gian ổn định khối đất đá.Theo tiêu chuẩn đánh giá khối đá của Bieniawski thì thời gian ổn định không chống của đờng hầm phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố quan trọng:

+ Yếu tố phong hoá

+ Các thành phần ứng suất nguyên sinh và ứng suất thứ sinh

+ Sự thay đổi các thành phần ứng suất:

+ ảnh hởng của đờng phơng và góc dốc khe nứt:

+ Tác động của nổ mìn:

Trên cơ sở thông số đầu bài đa ra, thì công trình ngầm chúng ta đào qua lớp đất đá có f= 12 và chỉ số RMR=85 ( Đá loại I- loại rất tốt ) Theo

Bieniawski (1979) [I], thì công trình ngầm của ta có chiều dài

Hình 1: Mối liên hệ giữa giá trị RMR với thời gian ổn định khung chống

không cần chống khoảng 18m, thời gian công trình ổn định không chống

là rất lớn (khoảng 365 ngày)

Khẩu độ đào phù hợp cho đờng hầm thi công bậc dới phải đảm bảo điều kiện thời gian lu không của khối đá sau khi đào và năng lực tổ chức gia cố tạm thời hay cố định của xí nghiệp thi công, khẩu độ càng lớncho phép thi công hầm với tiến độ càng cao và ngợc lại, tuy nhiên với các sơ đồ chia gơng, gơng tiến trớc thờng có tiết diện lớn hơn gơng tiến sau khoảng 20%, do gơng tiến trớc phải thi công khoan nổ trong điều kiện chỉ

có một mặt tự do nên hiệu quả nổ là không cao tiến độ đi gơng chậm,

ng-ợc lại với gơng tiến sau với số mặt tự do lớn hơn hai sẽ tiến nhanh hơn rất nhiều Với đất đá loại I (theo phân loại của Bieniawski)[I], thì gơng đào sẽphải chống triệt để sau 18 m( tham khảo qua Hình 1) Đây là một chỉ tiêu

có tính quyết định đến tốc độ thi công, cũng nh thời gian thi công, trong thực tế thờng theo yêu cầu của chủ đầu t Tuy nhiên tiến độ nổ cũng phụ thuộc vào mức độ ổn định của khối đá không chống công trình ngầm sau khi đào Tiến đọ nổ phụ thuộc vào phơng án phá đá, trong trờng hợp phá

vỡ đất đá bằng khoan nổ mìn thì tiến độ nổ sẽ phụ thuộc vào phơng thức

đột phá trên gơng Với tốc độ đào theo yêu cầu v= 90m/ tháng, thì mỗi ngày ta thi công đợc là 3m

Phần II

Kết cấu gia cố tạm công trình ngầm

Kết cấu chống tạm cho đờng hầm căn cứ chủ yếu vào điều kiện ổn

định tự nhiên của khối đá, tức là căn cứ vào độ bền, độ nứt nẻ, điều kiện

địa chất thuỷ văn, điều kiện lu không của đờng hầm Với khối đá có độ ổn

định trung bình và lớn, ít dịch chuyển hoặc dịch chuyển vào phần trống công trình thì kết cấu gia cố có tính hiệu quả và kinh tế nhất là neo bê tông cốt thép kết hợp bê tông phun, ngợc lại với khối đá mềm yếu, nứt nẻ lớn, thời gian ổn định không chống ngắn, dịch chuyển lớn, dễ xập nở cần

có các biện pháp gia cố nhanh chóng với kết cấu có tính bền vững và chịu tải tức thời nh : kết cấu thép, vỏ chống bê tông, bê tông cốt thép cố định Theo đề xuất của giáo s Bieniawski qua bảng 1 thì với chất lợng khối

đá loại I ( RMR = 80-100 )[I], nói chung không cần chống hoặc chỉ cần

sử dụng neo cục bộ tại một số vị trí Tuy nhiên trong điều kiên thực tế với loại đất đá này ta nên phun vữa bê tông mỏng, đảm bảo an toàn lao động

Bảng 1: Chỉ dẫn phân loại địa cơ học cho CT N và biện pháp chống giữ cho đờng hầm, theo Bieniawski (1979).

Hình dạng: Hình móng ngựa; Chiều rộng: 10 m; ứng suất thẳng đứng: nhỏ hơn 25 MPa; Đào bằng khoan nổ mìn Loại khối đá Biện pháp thi công Biện pháp chống giữ

Neo dính kết đờng kính thanh neo 20mm

Nói chung không cần chống hoặc chỉ cần

sử dụng neo cục bộ tại một số vị trí

Neo cục bộ dài 3.0 mtại nóc, khoảng cách2.5 m, đôi chỗ sửdụng lới thép

Bê tông phun dày

50 mm tại nócnếu cần thiết

kỳ nổ mìn Chống giữ hoànthiện cách gơng 10 m

Neo mạng dài 4.0 m,khoảng cách các neo1.5 – 2.0 m tại nóc

và hông Sử dụngthêm lới thép tại nóc

50 – 100 mm tạinóc, 30 mm tạihông

đào cách gơng 10 m

Neo mạng dài 4-5 m,khoảng cách các neo1.0 – 1.5 m tại nóc

và hông kết hợp vớilới thép

100 – 150 mmtại nóc, 100 mmtại hông

Vì thép loại nhẹ tớitrung bình, khoảngcách 1.5 m khi cần

Phần IIILựa chọn sơ đồ và thiết bị thi công.

trong trờng hợp này là chia gơng áp dụng cho trờng hợp đờng hầm thiết

là 12 m ( cha kể chiều dày vỏ chống)để đảm bảo tiến độ của cả đờng hầm,tức là khi thi công bậc phía dới thì công tác tiến gơng ở bậc trên vẫn đợc

đảm bảo

Để thoả mãn đợc điều kiện này thì bậc dới sẽ tiếp tục đợc thi công theo sơ đồ chia gơng, một gơng tiến trớc tạo mặt phẳng dốc 10% tạo điều kiện thi công phần vòm đờng hầm, gơng này tiến trớc khoảng 50m Chiều rộng mỗi gơng của bậc dới đợc lấy bằng 1/2B để đơn giản trong tính toán.Với mái dốc của gơng để lại lấy góc nghiêng là góc ổn định tự nhiên

) (

=

II Lựa chọn thiết bị thi công.

Thi công bậc dới với diên tích 48 m2, chiều rộng hầm là 12 m, chiều cao bậc dới là 4m, chia thành hai gơng Căn cứ vào điều kiên địa chất, diên tích gơng đào, thông số thiết bị của đơn vị thi công [II] Ta lựa chọn thiết bị thi công bậc dới:

+ máy khoan hầm: Sử dụng máy khoam BOOMER 322

+ Máy xúc gơng hầm: Sử dụng máy xúc PNB- 4

+ Máy vẩn chuyển : Dùng xe DAEWOO hoặc xe MOAZ

Sơ đồ chia guơng đuờng hầm

tỉ lệ 1: 100

I

I - Diện tích phần guơng trên S= 1/2.3,14.62 + 1.12 = 68,52 m2

II - Diện tích phần guơng duới thú 1 S= 4.6 - 1= 23 m2

III - Diện tích phần guơng bậc duới thú 2 S= 4.6 + 1= 25 m2

Thông số kỹ thuật của thuốc nổ P 3151:

+ Chiều dài thỏi thuốc: l = 200mm

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

- Màu vàng phủ sáp với 2 dải đen

- Độ bền kéo tối thiểu: 90 kgF

độ nạp thuốc và do đó ảnh hởng tới hiệu quả nổ phá, theo kinh nghiệm thì

4 Các thông số khoan nổ với g ơng có ba mặt t do ( G ơng tiến sau ): 4.1-Chiều sâu lỗ khoan:

Chiều sâu lỗ khoan đợc xác định phụ thuộc vào tốc độ thi công đợc

đa ra v= 90m/tháng Ta tiến hành xác định chiều sâu lỗ khoan theo công thức sau:

Lk= vth.Tck/T.(25ữ30).ηTrong đó:

- vth là vận tốc đào hầm trong 1 tháng, 90m/tháng.

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

- 30 là số ngày làm việc trong tháng,(đối với thi công hầm)

Ta có:

Lk=

9 , 0 30 24

24 90

= 3,3 m

4.2 L ơng thuốc nổ đơn vị:

đá nguyên khối, phụ thuộc vào loại thuốc sử dụng, tiết diện gơng đào, tínhchất cơ lý của đá,

- Nhóm các lỗ mìn biên bố trí phía ngoài gần biên thiết kế;

- Nhóm lỗ mìn hàng bố trí trong so với lỗ mìn biên;

+ Số lỗ khoan tạo biên:

Số lỗ khoan tạo biên đợc bố trí nhằm cắt đất đá theo đúng biên thiết

kế, mà cụ thể tại đây là tạo gơng bậc dới đúng biên thiết kế đờng hầm, với

đất đá vững chắc có hệ số kiên cố f= 12 thì theo kinh nghiêm khoảng cáchgiữa các lỗ khoan biên là 0,5 m

Số lỗ mìn biên là:

Nb=

5 , 0

h

-1 =

5 , 0

4

- 1= 7 lỗ

tạo biên theo hệ số kiên cố của đất đá f= 12 là 0,7 kg/m; do đó lợng thuốcnạp cho các lỗ khoan biên là:

Qb= Nb.γ 0.ab.l ; kg.

Trong đó:

-Nb- Số lỗ mìn bố trí trên biên

-γ 0- lợng thuốc nạp trên 1 m dài γ 0= 0,7kg/m

-ab- hệ số nạp thuốc trong các lỗ mìn biên, ab= 0,65

- l- chiều sâu lỗ mìn biên, l=3,3m

γ h= 0,785.(0,032)2.12300,7.0,95= 0,66 kg/m;

Do đó ta có số lỗ mìn hàng:

Nh=

3 , 3 66 , 0

2 , 99

=48 lỗ

4.4 Bố trí lỗ mìn trên g ơng:

Việc bố trí lõ mìn trên gơng đào bậc dới tiến sau sao cho:

- Các lỗ khoan biên tại hông và đay nền phải cách gơng biên thiết

kế 20 cm để choòng khoan có thể thực hiên công tác thi công

- Nhóm các lỗ mìn hàng phải tránh gây tác dụng không cần thiết tới các lỗ mìn biên, muốn vậy ta sẽ gai tăng khoảng cách giữa các lỗ biên và các lỗ khoan hàng phía trong, khoảng cách này có

- Cần đảm bảo điều kiên khoảng cách giữa các lỗ khoan hàng phải nhỏ hơn hoặc bằng đờng cản ngắn nhất giữa lỗ khoan hàng

Wh=

m qh

h ah

-m- Hệ số làm gần các lỗ khoan, để tăng hiệu quả phá vỡ đất đá

ta lấy m= 0,6

Do đó ta có:

Wh=

6 0 6 , 1

66 , 0 7 ,

4.5 Kết cấu thỏi thuốc và sơ đồ đấu kíp:

+ Số thỏi thuốc trong các lỗ khoan biên và cách bố trí;

1 2 3 4 5 6 7

9 10 11 12 13 14 15 16

24 32 23 31 30

22 21 29

20 28 27

19 18 26

17 25 34

33 35 36 37 38 39 40

41 42 43 44 45 46 47 48

56 55 54 53 52 51 50 49

10 26 34 50

11 27 43

12 20 36 44 52

13 29 45

14 22 38 54

15 31 47

16 32 48

1 2 3 4 5 6 7

Sơ đồ bố trí lỗ khoan trên guơng tiến sau

tỉ lệ 1: 100

kíp Visai phi điên

Dây truyền nổ SƠ Đồ đấu kíp nối tiếp

Hình 4 sơ đồ đấu kíp

5 Các thông số khoan nổ với g ơng có hai mặt t do ( g ơng tiến tr ớc) 5.1-Chiều sâu lỗ khoan:

Chiều sâu lỗ khoan đợc xác định phụ thuộc vào tốc độ thi công đợc

đa ra v= 90m/tháng Ta lấy chiều sâu lỗ khoan nh với gơng hai mặt tự dol=3,3m

5.2 -L ơng thuốc nổ đơn vị:

Theo N.M.Pakrôvski:

q=q1.fc.v.e.kd ;Kg/m3

Trong đó:

q1 -lợng thuốc nổ tiêu chuẩn, f=12 hệ số kiên cố của đá thì lấy

+ Số lỗ khoan tạo biên:

Số lỗ khoan tạo biên đợc bố trí nhằm cắt đất đá theo đúng biên thiết

kế, mà cụ thể tại đây là tạo gơng bậc dới đúng biên thiết kế đờng hầm, với

đất đá vững chắc có hệ số kiên cố f= 12 thì theo kinh nghiêm khoảng cáchgiữa các lỗ khoan biên là 0,5 m

Số lỗ mìn biên là:

Nb=

5 , 0

h

-1 =

5 , 0

4

- 1= 7 lỗ

tạo biên theo hệ số kiên cố của đất đá f= 12 là 0,7 kg/m; do đó lợng thuốcnạp cho các lỗ khoan biên là:

Qb= Nb.γ 0.ab.l ; kg.

Trong đó:

-Nb- Số lỗ mìn bố trí trên biên

-γ 0- lợng thuốc nạp trên 1 m dài γ 0= 0,7kg/m.

-ab- hệ số nạp thuốc trong các lỗ mìn biên, ab= 0,65

- l- chiều sâu lỗ mìn biên, l=3,3m

Do đó:

=55 lỗ

5.4 Bố trí lỗ mìn trên g ơng:

Việc bố trí lỗ mìn trên gơng đào bậc dới tiến trớc sao cho:

- Các lỗ khoan biên tại hông và đay nền phải cách gơng biên thiết

kế 20 cm để choòng khoan có thể thực hiên công tác thi công

- Nhóm các lỗ mìn hàng phải tránh gây tác dụng không cần thiết tới các lỗ mìn biên, muốn vậy ta sẽ gai tăng khoảng cách giữa các lỗ biên và các lỗ khoan hàng phía trong, khoảng cách này có

- Cần đảm bảo điều kiên khoảng cách giữa các lỗ khoan hàng phải nhỏ hơn hoặc bằng đờng cản ngắn nhất giữa lỗ khoan hàng

Wh=

m qh

h ah

-m- Hệ số làm gần các lỗ khoan, để tăng hiệu quả phá vỡ đất đá

ta lấy m= 0,6

Do đó ta có:

Wh=

6 0 6 , 1

66 , 0 7 ,

5.5 Kết cấu thỏi thuốc và sơ đồ đấu kíp:

+ Số thỏi thuốc trong các lỗ khoan biên và cách bố trí;

15 Chi phí thuốc nổ một chu kỳ đào kg 133

1 3 5 7

16 34 43 52

15 33 51

14 32 50

13 31 49

12 30 48

11 29 47

10 28 37 46 55

9 18 36 45 54

44 43 42 41 40 39 38 37 36

35

33 3425 17 26

18 19

27 28 20 29

21 22

30 31 23 32 24 16 15 14 13 12 11 10 9

7 6 5 4 3 2 1

57 58 59 60 61 62

17 35 53

Sơ đồ bố trí lỗ khoan trên guơng tiến truớc

tỉ lệ 1: 100

6 Thi công khoan nổ:

6.1- Công tác chuẩn bị lỗ khoan và công tác khoan:

Trớc khi khoan lỗ mìn cần có các công tác chuẩn bị nh máy khoan, máy cung cấp khí nén, hệ thống treo cáp ống( dẫn nớc, điên ),

Phải thờng trực có một máy khoan dự phòng khi máy thi công gặp trục trặc Trớc khi tiến hành khoan phải nhờ hệ thống trắc địa xác định vị trí tâm gơng, các vị trí lỗ khoan và đánh dấu bằng sơn đỏ (sáng

mầu).Chuẩn bị đầy đủ ánh sáng cao áp vào vị trí gơng khoan

Sau khi kết thúc công tác chuẩn bị thì tiến hành khoan, máy khoan BOOMER 352, trang bị đầy đủ thiết bị bảo hộ khoan cho công nhân thi công, sau khi khoan dùng nớc để đẩy phoi khoan, giảm nhiệt độ choòng khoan, tránh phát tia lửa điện∆

Sau khi khoan phải kiểm tra lại vị trí khoan , chiều sâu, góc nghiêng

lỗ khoan theo đúng hộ chiếu khoan

6.2- Công tác nạp, nổ:

Trớc khi nạp thuốc vào lỗ khoan phải chuẩn bị đầy đủ các phơng tiện

nổ nh máy nổ mìn, kíp nổ, thuốc nổ, gậy nhét thuốc,∆kiểm tra thổi rửa lỗ khoan một lần nữa

Khi nạp thuốc tuân thủ đúng quy định nh trong hộ chiếu khoan nổ mìn với lỗ khoan hàng và lỗ khoan biên Thực tế cho thấy rằng phơng pháp nổ mìn kích nổ nghịch sẽ cho hiêụ quả nổ cao hơn kíp nổ thuận thông thờng.Công tác nhét thuốc vào lỗ khoan sử dụng gậy đẩy từ từ vào các lỗ khoan Các kíp điện đợc đấu ghép dạng nối tiếp, hai đầu dây nối kíp trớc khi nối vào mạng nổ phải đợc xoắn chập với nhau để kiểm tra

1 Thông gió:

Sau khi nổ mìn song ta phải tiến hành công tác thông gió đa gơng vàotrạng thái an toàn ở đây ta phải sử dụng phơng pháp thông gió cục bộnhằm làm sạch khí bẩn độc hại trong quá trính thi công Ta áp dụng phơngpháp thông gió đẩy

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

1.1 L u l ợng không khí cần thiết cung cấp tới g ơng hầm:

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

Q1 = 6.N.Kn , m3/ph Trong đó:

+ Theo tốc độ không khí tối thiểu trong hầm

Lấy theo tiêu chuẩn kỹ thuật hầm giao thông thì :

Q2 = 0,2.Sd , m3/s

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

Q2 = 0,2.116,5 = 23,3m3/s

+ Theo điều kiện pha loãng khí độc sinh ra do nổ mìn

Khi thông gió cho quá trình nổ mìn thì ta phải áp dụng sơ đồ thông gió đẩy,

Với sơ đồ này ta tính theo V.N Voronhin

Q3 7,8 3 q.l2

t

S

t d

Trong đó: - t - Thời gian thông gió yêu cầu sau khi nổ mìn, t = 30 phút

2 , 5 25

=

=

d t

S

A

Với: A = 132 kg - Là tổng khối lợng thuốc nổ trong 1 chu kì

- l = 350m- Chiều dài đoạn ống dẫn gió tối đa

Vậy:

30

258,

Tính năng suất của quạt:

Trớc tiên để thoả mãn điều kiện lợng gió đa vào gơng ta phảI tiến hànhtính toán công suất cần thiết của quạt, trên cơ sở đó để chọn ra laọi quạt phù hợp:

2

.

2 , 1

10-15m 10

2.Tổ chức thông gió và đa gơng vào trạng thái an toàn:

Sau khi nổ mìn, lợng khí độc sinh ra trong quá trình nổ sẽ tràn lan trênkhắp gơng sau nổ và trong hầm, khí đó để công tác kiểm tra hay tiếp tục thi công có thể thực hiên thì cần có khoảng thời gian khoảng 25 phút để thông gió tích cực, hoà loãng và đẩy toàn bộ khí độc ra khỏi đờng hầm Sau khi thông gió tích cực chế độ thông gió thờng xuyên vẫn đợc duy trì

Để công nhân và các máy móc thiết bị có thể trở lại làm việc thì gơng lò phải đợc đa vào trạng thái an toàn, với các công việc:

+ Cạy om( nóc,tờng,gơng)

Bảng : Các thông số kỹ thuật cảu máy xúc tay gạt PNB-4

Năng suất thực tế của máy xúc tay gạt:

Năng suất thực tế của máy xúc tay gạt đợc xác định phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh: + loại thiết bị máy xúc bốc

+ tính chất cơ lý của đất đá

+ Cỡ hạt đất đá sau nổ mìn

+ Công tác tổ chức sản xuất∆

Để máy xúc làm việc liên tục không có thời gian ngừng nghỉ, đòng thời đờng hầm có chiều rộng trung bình và có chiều dài ngắn nên ta sử dụng máy xúc tay gạt

Năng suất thực tế của máy xúc tay gạt đợc xác định theo công thức:

−

kt g kt r o

P k P k k

.

1

60

α α

Trong đó:

-k0- Hệ số nở rời của đất đá khi nổ, k0= 1,2

-kr- Hệ số nở rời phụ của đât đá khi xúc bốc, kr= 1,15

-kg- Hệ số gảim năng suất kỹ thuật, kg = 0,25

- Pkt- Năng suất kĩ thuật của máy xúc, Pkt = 6 m3/phút

Thay các giá trị vào công thức trên ta có:

Ptt = 157 m3/phút

Thể tích đất đá sau mộy lần nổ là:

V= l.η à Sd , m3

- à- Hệ số thừa tiết diện, à= 1,05

V. 0.

= 157

15 , 1 2 , 1

2 Vận chuyển:

Công tác vận chuyển là nhân tố quan trọng ảnh hởng lớn tới năng suất của máy xúc, do vậy ta chọn ôtô có mã hiệu BM A20C do hãng VOLVO của Thuỷ Điển sản xuất, với các đặc tính sau:

Bảng : Thông số kỹ thuật của ôtô tự lật BM A20C