Bài tập môn cơ sở thiết kiết quy hoạch cấu hệ thống công trình ngầm và mỏ

BÀI TẬP LỚN MÔN CƠ SỞ THIẾT KẾ CẤU TẠO CƠNG TRÌNH NGẦM Giảng viên giảng dạy : Trần Tuấn Minh Sinh viên: MSSV: Vũ Duy Vạn 1421070541 Mai Văn Cường 1421070195 Văn Thư Cường 1421070003 Đề bài: Thiết kế mặt cắt ngang đường hầm giao thông xuyên núi theo phương pháp họa đồ với số liệu ban đầu sau: - Đường hầm xe giới; - Chiều dài đường hầm 1500m; góc dốc bên đường hầm:0-5º - Lượng nước chảy vào đường hầm thi công: 12m3/h Đường hầm đào qua lớp đất đá sau đây: STT Tên lớp đất đá Dung trọng  (T/m3) Hệ số kiên cố (f) Chiều Góc dày lớp nghiêng (m) lớp(độ) Sét kết 2,45 80 200 Cát kết 2,3 140 200 Ghi I.TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT 1.1 Quy trình, quy phạm thiết kế áp dụng Tiêu chuẩn thiết kế đường 22TCN-272- 01 Tiêu chuẩn thiết kế hầm đường sắt hầm đường ôtô TCVN 4527-88 Tiêu chuẩn thiết kế hầm đường (bản dự thảo) Tiêu chuẩn làm hầm xuyên núi Nhật 1.2 Các tiêu chuẩn kỹ thuật a, Tiêu chuẩn hầm: Bán kính tối thiểu đường cong hầm qui định để đảm bảo cho chạy xe an toàn, đảm bảo tầm nhìn hầm Hiện chưa có Tiêu chuẩn hầm đường bộ, tạm thời tham khảo Tiêu chuẩn thiết kế Đường 22TCN-273-01 số tiêu chuẩn thiết kế hầm nước để rút số nguyên tắc thiết kế tuyến hầm đường ôtô sau: 1- Thông thường hầm đường thiết kế dành cho xe chạy chiều, đường xe thiết kế hầm chiều chạy song song nhau.Nếu có sở so sánh hiệu kinh tế kỹ thuật chọn phương án đường hầm hai chiều với xe 2- Bán kính cong tối thiểu 250m, khơng thể mở rộng bán kính cong cho phép dùng bán kính 150m Bảng 2.1.bán kính đường cong tối hầm Điều kiện địa hình Bán kính đường cong R(m) Hầm đường sắt Khó khăn Bình thường b, Trắc dọc hầm Hầm đường 600 250 400 150 Hầm thiết kế theo hai hướng dốc.Hầm có dốc phía có ưu điểm thơng gió tự nhiên tốt chênh cao hai phía cửa hầm tạo chênh lệch áp suất ln có luồng gío tự nhiên thổi dọc theo đường hầm Tuy hầm hướng dốc có nhược điểm gây khó khăn cho thi công ta tổ chức đào từ hai phía cửa hầm, hướng đào từ phía cửa bị úng nước Trong giai đoạn khai thác có lượng nước mặt từ phía dốc ngồi cửa chảy qua hầm buộc phải tăng tiết diện rãnh thoát nước nhược điểm thứ hai Vì với đường hầm có chiều dài < 500m thiết kế hướng dốc, chiều dài ≥ 500m cần phải thiết kế dốc phía Khi tạo dốc hai phía có góc gãy hai hướng dốc Để tạo tầm nhìn độ êm thuận tầu chạy, chênh lệch tuyệt đối hai dốc không vượt giá trị cho phép, đường sắt 3‰ Để đảm bảo yêu cầu người ta sử dụng đoạn chuyển tiếp gọi đoạn dốc hịa hỗn có chiều dài tối đa 200m độ dốc độ dốc tối thiểu để nước, thơng thường độ dốc 3‰, đường hầm nằm vùng có lượng nước ngầm lớn độ dốc tối thiểu phải 6‰ Chênh dốc hầm đường vuốt nối đường cong đứng lồi đường cong đứng lõm Bán kính đường cong đứng phụ thuộc vào chênh dốc tuyệt đối hai hướng để đảm bảo tầm nhìn vượt xe người điều khiển phương tiện Bảng 1.3: Bán kính cong hầm Độ chênh dốc tuyệt đối Bán kính đường cong lồi Bán kính dường cong lõm (%) (m) (m) 5-6.9 10000 2000 7-9.9 6000 1500 ≥ 10 4000 1000 Trong hầm đường độ dốc tối đa quy định đường hầm có chiều dài ≤ 500m 6%, trường hợp lại 4% Độ dốc tối thiểu 6‰ để đảm bảo thoát nước dọc hầm dễ dàng Xác định kích thước tiết diện ngang đường hầm *Chọn kết cấu vỏ hầm: Kết cấu vỏ hầm thiết kế xây dựng với mục đích: +Chịu tác động địa tầng xung quanh tác động khác lên hầm, +Ngăn cản biến dạng môi trường xung quanh khu vực hang đào không cho vi phạm vào khổ giới hạn kiến trúc, +Chống dột chống thấm nước ngầm vào hầm, +Giảm sức cản tác dụng lên phương tiện giao thông chạy hầm, +Tạo môi trường thuận lợi cho người làm việc hầm +Tạo kiến trúc hầm Do thời gian tồn sử dụng hầm giao thông lâu dài(cơng trình kỉ),chạy qua lớp đất đá bão hòa nước,mực nước chảy vào hầm 12m 3/h lớn để đảm bảo cho q trình thi cơng giếng an tồn ta chọn kết cấu chống bê tông cốt thép +Ưu điểm: kết cấu chống bê tông cốt thép chịu áp lực lớn,không bị ăn mịn,hạn chế nước ngầm khơng bị mục kết cấu chống gỗ *Chọn tiết diện mặt cắt ngang hầm: Hình dạng mặt cắt ngang hầm phụ thuộc vào yếu tố sau: +Đặc điểm địa chất địa chất thủy văn Với hầm thiết kế qua lớp đất đá có độ kiên cố khác +Cơng dụng chính: Lưu thơng đường bộ,rút ngắn thời gian lại +Thời gian tồn tại: lâu,tính theo trăm năm Kết cấu chống bê tơng cốt thép  Như mặt cắt ngang hầm hình vịm ba tâm *Kích thước: theo tiêu chuẩn thiết kế điều điện thực tế đường hầm,yêu cầu thông xe đường hầm, số xe, yêu cầu thơng gió,…ngồi chiều rộng tiết diện hầm phải bố trí hệ thống tín hiệu,hệ thống dây,đường ống *Các khoảng cách an toàn: Đây khoảng cách dự trù để đề phịng sai lệch thi cơng,khoảng cách dự trữ định phụ thuộc vào điều kiện địa chất phương pháp thi cơng Ngồi cịn có khoảng cách an tồn cho người sử dụng, hầm giao thơng cịn có voe chống làm bê tơng, bê tơng cốt thép khoảng cách an tồn tính từ phần nhơ nhát phương tiện đến vỏ chống tối thiểu 150mm *Theo đó,kích thước đường hầm xác định dựa thơng số cụ thể sau: - Mặt đường xe theo yêu cầu lấy 7,0 m - Dải phân cách 0,25m - Hành lang cho người có chiều rộng 1m (hành lang bên) - Chiều cao lối người lại chọn 2,5 m - Chiều cao khổ tĩnh tối đa cho phép thiết bị giới lưu thông đường hầm có chiều cao 4m - Khoảng cách an tồn từ vị trí nhơ thiết bị giới lưu thông đường hầm đến vỏ chống m1≥0,25mm,lấy m1= 0,25mm - Khoảng cách an toàn phân cách hành lang hành lưu thông giới m2=0,25 m - Chiều cao với mặt đường xe giới hdx=0,4m Tim hầm 500 Tim đ ờng 7250 500 2500 4000 250 2% 400 2% 1000 3500 3500 500 7250 Khổ giới hạn hầm Ngoài việc tuân thủ qui định khổ giới hạn tiếp giáp kiến trúc, kích thước bên đường hầm cịn phải trì khoảng khơng gian thống cần thiết nhằm thoả mãn yêu cầu thi công khai thác sau đây: Đủ chỗ bố trí thiết bị phục vụ khai thác: thiết bị thơng tin, tín hiệu, cấp điện, chiếu sáng thơng gió Đảm bảo u cầu thi công dễ sử dụng loại ván khuôn định hình để khắc phục biến dạng theo thời gian địa tầng kết cấu vỏ hầm Do khổ giới hạn kiến trúc mặt vỏ hầm có khoảng hở theo qui định, em kiến nghị khoảng hở sau: Tại điểm góc khổ giới hạn chọn khoảng cách 150 mm Ngang tường hầm khoảng cách 500 mm Lựa chọn khuôn hầm dạng tường cong tâm Sử dụng phương pháp họa đồ Tim hÇm 500 =7 R1 O1 4000 2500 O'2 5000 250 500 O'1 2% 2% 1000 150 7250 400 8450 R2 =5 983 Tim ® êng 500 9860 Khuôn hầm *Cách dựng khuôn hầm Đối với hầm đường ơtơ khơng có lề người tim hầm trùng với tim đường.Xác định diểm A góc thấp bên phải khổ giới hạn, điểm cách cạnh vát 15cm Hai điểm tiếp giáp hai bên tường hầm hai điểm I I’ giao điểm đường thẳng ngang cách cao độ mặt lề người 1250mm với hai đường thẳng dứng song song với hai cạnh bên khổ giới hạn cạnh khổ giới hạn 500m phía Đường tim hầm đường thẳng qua điểm đoạn thẳng I-I’ Tâm O1 điêm giao cắt cung trịn tâm A, bán kính R 1=B-100(cm) với đường thẳng I-I’ Từ tâm O1, vẽ cung trịn AB bán kính R 1, điểm B điểm ngang với cao đọ mặt đường điểm giáp với gờ chắn bánh Tâm O’1 đối xứng với O1 qua đường tim hầm, vẽ cung tròn tâm O’1, bán kính R1 đối xứng với cung trịn AB Tâm O2 điểm giao cắt bán kính O1A với đường tim hầm Từ tâm O2, vẽ cung tròn nối hai điểm A A’ ta đường cong ba tâm khn hầm cần dựng 3.Tính tốn áp lực đất đá lên vỏ chống a.Xác định lớp đất đá bị phá hủy Tính tốn áp lực đất đá theo giả thiết giáo sư Tximbarevich Kiểm tra sơ độ bền vững lớp đất đá mà hầm đào qua để xác định lớp đá bị phá hủy theo công thức: σ t = 2.λ.γ h < Rn Trong đó: -trọng lượng thể tích lớp đất đá kiểm tra (T/m3) h-chiều sâu lớp(vỉa) kiểm tra(m) -hệ số đẩy ngang tính theo hệ số pốtxơng() λ= µ 1− µ Rn-giới hạn bền nén đá (T/m2) + Sét kết =2.45T/m3; h1=80m; φ1=arctg(f1)=arctg(5)=78°69’ Pn1=0 Pđ1= 1h1tg2()=2,45.80.tg2 ( (90° − 78°) )=2,17(T/m3) + Cát kết =2.3T/m3; h2=140m; φ2=acrtg(f2)=arctg(4)=75°96’ Pn2= 1h1tg2()=2,45.80.tg2()=3,4(T/m3) Pđ2=( 1h1+ 2h2)tg2()=(2,45.80+2,3.160)tg2()=9,78(T/m3) Tên lớp đất đá Dung trọng (T/m3) Hệ số kiên cố (f) Chiều dày lớp (m) Góc nghiêng lớp(độ) Góc ma sát đất Áp lực Vách lớp Trụ lớp Sét kết 2,45 80 20 78º69’ 2,17 Cát kết 2,3 160 20 75º96’ 3,4 9,78 Nhận thấy cường độ lớp cát kết lớn ta chọn áp lực để tính tốn.Mặt khác hầm đào qua lớp đất đá nghiêng tính tốn ta phải nhân với hệ số khơng cân áp lực (w),lấy w=1,1 Từ ta có : Pmax=Pđ2.w=9,78.1,1=10,758 (T/m3) 4.Kết cấu vỏ hầm Kết cấu vỏ hầm lựa chọn phải thoả mãn điều kiện sau: + Diện tích mặt cắt ngang nhỏ + Bảo đảm khả chịu lực ổn định + Thốt nước, chiếu sang, thơng gió thuận lợi + Thi cơng dễ dàng, sử dụng giới hố thi cơng thuận tiện Tim ® êng Kích thước sử dụng hợp lý 300 50 150 8800 Tim hÇm + 2500 O'2 4000 500 5000 250 O1 2% 2% 12220 Mặt cắt ngang hầm 5.Kết cấu mặt đường xe chạy đường hành 400 O'1 2% 1% èng tho¸t n ícPVC Ø100 2% 400 100 400 tim ® êng Lan can h=60cm tim hầm Bê tông mặt đ ờng M300, dày 20cm Bê tông M150, dày 30cm 1% ống thoát n ớc hông ỉ300 ống thoát n ớc chÝnh Ø400 Hép vµ èng kü thuËt Cấu tạo mặt xe chạy hầm 6.Phịng nước nước hầm a.Cấu tạo lớp chống thấm vỏ hầm Lớp chống thấm sử dụng PVC dầy 2cm gắn lên lớp gia cố vỏ (bêtông phun vẩy) Lớp chống thấm hàn với máy hàn nhiệt chạy điện Điều tạo thành mối hàn kép với rãnh bên mục đích thí nhiệm Các rãnh chứa đầu khí nén mối hàn thí nhiệm độ tin cậy mối hàn so với hàn thủ công Chức vật liệu vỏ lót, lớp đặc biệt lớp cố định Lớp đặc biệt làm từ sợi plastic, trọng lượng khoảng 500g/m để bảo vệ lớp vỏ lót trước lớp gia cố vỏ lót gồ ghề lớp bêtơng phun đồng thời tạo thành lớp thoát nước Lớp đặc biệt cố định đĩa kim loại Lớp vỏ PVC hàn vào đĩa kim loại khí nóng Các mối hàn tách riêng tải kiéo đặc biệt Vì có lực xảy ln ln có vùng rộng tương ứng lớp vỏ lót để điều chỉnh thay đổi hình dạng màng khơng có vấn đề Các lớp chống thấm thiết kế với chiều rộng khoảng 1,3m Các lớp chống thấm thi công phải kiểm tra đủ khả chịu kéo chịu dãn việc kéo thường đặc biệt cần thiết để điều chỉnh lớp gia cố tải nén gây Với lớp PVC tiêu phải đạt 15N/mm với độ kéo 300% với độ dãn b.Bố trí hệ thống rãnh Rãnh nước hơng dùng thoát nước mặt đường hầm Rãnh thiết kế với đường ống đường kính 30mm Rãnh thiết kế đúc sẵn thành đốt có chiều dài 1m sau đặt vào khng rãnh đào sẵn Hệ thống nước hơng bố trí dọc theo đường hầm có vị trí thơng với hầm ngang Tại ngồi hầm rãnh nối với hệ thống rãnh taluy hầm Hệ thống nước ngầm thiết kế gồm có ống nước vỏ lớp chống thấm có đường kính 10mm có lớp lọc nước Hệ thống dẫn nước ngầm từ lớp chống thấm qua rãnh ngang có đường kính10mm, dốc 1% Nước ngầm sau chảy xuống đường rãnh ngầm nằm đường hầm có đường kính 30mm c.Cấu tạo rãnh nước 100 500 400 50 R1 400 50 400 7.Thơng gió Phương án có tổng chiều dài hầm 1500m nên bắt buộc phải sử dụng bố trí thơng gió nhân tạo Hệ thống thơng gió cơng trình ngầm phân loại theo hai loại sau: Hệ thống thơng gió dọc ngang Phương án có tổng chiều dài hầm 1500m nên bắt buộc phải sử dụng bố trí thơng gió nhân tạo Mặt khác hầm tương đối dài nên em bố trí giếng cấp gió hầm Thơng gió dọc: tạo luồng khí thổi dọc đường hầm, lấy lòng hầm làm đường dẫn gió Khi quạt thơng gió lợi dụng chiều thổi qua gió tự nhiên hiệu ứng pít tong để tăng hiệu q trình quạt gió  ... ngang Tại hầm rãnh nối với hệ thống rãnh taluy hầm Hệ thống thoát nước ngầm thiết kế gồm có ống nước vỏ lớp chống thấm có đường kính 10mm có lớp lọc nước Hệ thống dẫn nước ngầm từ lớp chống thấm... b.Bố trí hệ thống rãnh Rãnh nước hơng dùng nước mặt đường hầm Rãnh thiết kế với đường ống đường kính 30mm Rãnh thiết kế đúc sẵn thành đốt có chiều dài 1m sau đặt vào khuông rãnh đào sẵn Hệ thống. .. I.TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT 1.1 Quy trình, quy phạm thiết kế áp dụng Tiêu chuẩn thiết kế đường 22TCN-272- 01 Tiêu chuẩn thiết kế hầm đường sắt hầm đường ôtô TCVN 4527-88 Tiêu chuẩn thiết kế hầm đường (bản