THIẾT KẾ KĨ THUẬT thi công HẦM DẪN NƯỚC

MỤC LỤC MỤC LỤC 1 LỜI MỞ ĐẦU 2 PHẦN I: KHÁI QUÁT CHUNG 10 CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ THỦY ĐIỆN PỜ HỒ 10 1.1.Các đặc điểm về công dụng, vị trí, sự cần thiết phải thiết kế xây dựng hệ thống thủy điện 10 1.2.Các đặc điểm cấu tạo chủ yếu hệ thống thủy điện và công trình bề mặt liên quan 11 1.3. Những đặc điểm về điều kiện xây dựng toàn bộ khu vực hệ thống công trình ngầm có ảnh hưởng tới công trình ngầm cần phải thiết kế 11 1.3.1. Điều kiện tự nhiên 11 1.3.1.1. Thổ nhưỡng và thảm thực vật 11 1.3.1.2. Nhiệt độ không khí 12 1.3.1.3. Chế độ gió 12 1.3.1.4. Độ ẩm không khí 12 1.3.2.4. Bốc hơi 12 1.3.1.5. Mưa 13 1.3.2. Điều kiện địa hình 13 1.3.3. Điều kiện địa chất chung khu vực dự án 13 1.3.3.1. Đặc điểm địa hình địa mạo 13 1.3.3.2. Cấu trúc địa chất 14 1.3.3.3. Hoạt động động đất 14 1.3.3.4. Tính chất cơ lý của đất đá 14 CHƯƠNG 2: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐOẠN HẦM DẪN NƯỚC CÓ LÝ TRÌNH TỪ KM 0+750 – KM 0+900 17 PHẦN II: THIẾT KẾ KĨ THUẬT HẦM DẪN NƯỚC 21 CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ QUY HOẠCH HẦM DẪN NƯỚC 21 1.1. Những yêu cầu cơ bản về thiết kế quy hoạch hầm dẫn nước 21 1.1.1. Đánh giá khối đá, mức độ ổn định không chống phần thân đường hầm. 21 1.1.1.1. Phương pháp phân loại khối đá theo Dree – phương pháp RQD 21 1.1.1.2. Phương pháp phân loại khối đá theo Beiniawski qua chỉ tiêu RMR 21 1.1.2. Những yêu cầu cơ bản về thiết kế quy hoạch thân đường hầm 25 1.2. Thiết kế quy hoạch công trình ngầm trên bình đồ 26 1.3. Thiết kế quy hoạch công trình ngầm trên mặt cắt dọc 26 1.4. Thiết kế quy hoạch công trình ngầm trên mặt cắt ngang 27 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ LỰA CHỌN VẬT LIỆU, TÍNH TOÁN KẾT CẤU CHỐNG GIỮ CÔNG TRÌNH NGẦM 30 2.1. Những yêu cầu cơ bản về thiết kế vật liệu, kết cấu chống giữ đoạn đường hầm 30 2.2. Thiết kế lựa chọn vật liệu chống giữ công trình ngầm 30 2.2.2. Vật liệu cát sỏi 31 2.2.3 .Kết cấu chống gỗ 31 2.2.4. Neo, bê tông phun 32 2.2.5. Kết cấu chống bằng gạch, đá 32 2.2.6. Kết cấu chống thép 32 2.2.7. Kết cấu chống bằng bê tông, bê tông cốt thép liền khối. 32 2.3. Phương án khả dĩ chống giữ hầm dẫn nước lý trình km0+750– km0+900 32 2.3.1. Lựa chọn kết cấu chống tạm 33 2.3.2. Lựa chọn kết cấu chống cố định 33 2.3.3. Xác định kích thước sử dụng của hầm dẫn nước 34 2.3.4. Xác định kích thước đào của hầm dẫn nước 35 2.3.5. Xác định Kích thước đường cấu tạo của hầm dẫn nước 35 2.4. Tính toán áp lực tác dụng lên công trình ngầm 36 2.4.1. Áp lực phía nóc hầm 36 2.4.2. Áp lực sườn 37 2.4.3. Áp lực nền 38 2.5. Tính toán nội lực trong lớp kết cấu chống cố định 40 2.5.1. Nội lực trong vỏ chống gây bởi áp lực đất đá thẳng đứng. 40 2.5.2. Nội lực ở phần vòm 43 2.5.3. Biểu đồ nội lực 45 2.6. Kiểm tra bền 47 2.6.1. Tính toán cốt thép 48 2.6.2. Chọn cốt thép 48 2.6.3. bố trí cốt thép 50 2.7. Tính toán kết cấu chống tạm cho đường hầm 50 2.7.1. Tính toán kết cấu neo 50 2.7.2. Tính toán chiều dày kết cấu bê tông phun khi kết hợp với kết cấu neo 56 PHẦN III. THIẾT KẾ THI CÔNG HẦM DẪN NƯỚC 59 CHƯƠNG 1 LỰA CHỌN SƠ ĐỒ THI CÔNG 59 1.1. Những yêu cầu cơ bản về công tác lựa chọn sơ đồ thi công đường hầm 59 1.2. Mô tả khái quát một số sơ đồ thi công khả thi cho công trình hầm dẫn nước 59 1.2.1. Sơ đồ thi công nối tiếp. 59 1.2.2. Sơ đồ thi công song song. 59 1.3.1. Sơ đồ thi công phối hợp. 60 1.3. So sánh, lựa chọn sơ đồ thi công tối ưu các phần cấu thành đặc trưng cho đường hầm dẫn nước lý trình km 1 + 150 – km 1 + 450 60 CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ ĐÀO PHÁ ĐẤT ĐÁ 61 2.1. Lựa chọn phương pháp đào phá đất đá tại gương 61 2.2. Lựa chọn thiết bị khoan lỗ mìn 61 2.3. Tính toán các thông số tổ hợp khoan nổ mìn cho gương thi công 63 2.3.1. Lựa chọn thuốc nổ, phương tiện gây nổ 63 2.3.1.1. Thuốc nổ 63 2.3.1.2. Thiết bị, phương tiện gây nổ 63 2.3.2. Lựa chọn đường kính thỏi thuốc nổ và đường kính lỗ mìn 65 2.3.3 Tính toán lượng thuốc nổ đơn vị 66 2.3.4. Số lỗ mìn trên gương 67 2.3.5.Chiều sâu các lỗ mìn 71 2.3.6. Chi phí thuốc nổ cho một lần nổ 74 2.3.7. Tính toán mạng điện nổ mìn 76 2.3.8. Các chỉ tiêu nổ mìn cơ bản đánh giá hiệu quả của công tác khoan nổ mìn 77 2.3.9. Công tác đưa gương nổ mìn về trạng thái an toàn 77 2.4. Xây dựng hộ chiếu khoan nổ mìn 80 CHƯƠNG 3 CÔNG TÁC THÔNG GIÓ TRONG QUÁ TRÌNH XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM 81 3.1. Các yêu cầu thông gió cho đường hầm dẫn nước công trình thủy điện suối chăn I 81 3.2. So sánh . lựa chọn các sơ đồ thông gió cho đường hầm 81 3.3. Tính toán các thông số cơ bản của hệ thống thông gió cục bộ cho đường hầm dẫn nước công trình thủy điện suối chăn I 82 3.4. Tính toán lựa chọn các trang thiết bị thông gió cơ bản 84 3.5. Tổ chức thông gió và đưa gương vào trạng thái an toàn 86 CHƯƠNG 4 XÚC BỐC VÀ VẬN CHUYỂN ĐẤT ĐÁ TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG ĐƯỜNG HẦM 88 4.1. Lựa chọn máy xúc và xe vận chuyển 88 4.1.1. Lựa chọn máy xúc 88 4.1.2. Lựa chọn xe vận chuyển 89 4.2. Tính toán thời gian xúc bốc đất đá trong chu kỳ đào hầm 89 4.3. Bố trí xe vận tải 94 CHƯƠNG 5 CHỐNG TẠM THỜI ĐƯỜNG HẦM 96 5.1. Mục đích, ý nghĩa và các yêu cầu cơ bản của công tác chống tạm thời cho đường hầm 96 5.2. So sánh, lựa chọn kết cấu chống tạm thời cho đường hầm 96 5.3. Thiết kế tổ chức thi công kết cấu chống tạm 96 5.3.1. Thi công neo 96 CHƯƠNG 6 CHỐNG CỐ ĐỊNH CHO ĐOẠN HẦM DẪN NƯỚC CỦA CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN PỜ HỒ 102 6.1. Mục đích, ý nghĩa và các yêu cầu cơ bản của công tác chống cố định 102 6.2. So sánh, lựa chọn trang thiết bị chống cố định cho đoạn hầm dẫn nước của công trình thủy điện Pờ Hồ 103 6.3. Tổ chức công tác cố định cho đoạn hầm dẫn nước của công trình thủy điện Pờ Hồ 103 CHƯƠNG7CÁC CÔNG TÁC PHỤ TRONG QUÁ TRÌNH XÂY DỰNG ĐOẠN HẦM DẪN NƯỚC CỦA CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN PỜ HỒ 7.1. Những yêu cầu về các công tác phụ trợ cho quá trình thi công đoạn hầm dẫn nước của công trình thủy điện Pờ Hồ 105 7.2. Thiết kế các công tác cung cấp điện, lắp đặt đường ống, treo cáp 105 7.3. Thiết kế công tác chiếu sáng tín hiệu và thông tin liên lạc 105 7.4. Thiết kế công tác trắc địa đoạn hầm dẫn nước của công trình thủy điện Pờ Hồ 106 7.5. Thiết kế công tác an toàn lao động, vệ sinh công nghiệp và bảo vệ môi trường trong quá trình xây dựng đoạn hầm dẫn nước của công trình thủy điện Pờ Hồ 106 PHẦN IV KINH TẾ VÀ TỔ CHỨC XÂY DỰNG 108 CHƯƠNG 1 TỔ CHỨC CÔNG TÁC CHỐNG TẠM CHO ĐOẠN HẦM DẪN NƯỚC CỦA CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN PỜ HỒ 108 1.1. Các yêu cầu về tổ chức xây dựng đường hầm 108 1.2. Chọn biểu đồ tổ chức chu kỳ xây dựng đường hầm 108 1.3. Tổ chức chu kỳ đào chống tạm. 108 1.3.1. Xác định các công việc trong 1 chu kỳ 108 1.3.2. Xác định số người ca cần thiết cho một ca thi công 109 1.3.3.Xác định thời gian thi công hợp lý cho từng công việc trong một chu kỳ 111 1.3.4. Xác định đội thợ trong một chu kỳ đào và chống tạm 115 1.3.5. Biểu đồ tổ chức chu kỳ chống tạm 117 1.4. Biểu đồ tổ chức chu kỳ đào chống cố định 118 1.4.1. Xác định các công tác trong một chu kỳ 118 1.4.2.. Xác định số người ca cần thiết để hoàn thành chu kỳ 118

MỤC LỤC

1

LỜI MỞ ĐẦU

Sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước đòi hỏi nhu cầu tiêu thụnăng lượng ngày càng lớn và sự phát triển của ngành công nghiệp năng lượng sẽtạo tiền đề cho các ngành công nghiệp khác phát triển

Công trình thuỷ điện Suối Chăn 1 ra đời sẽ góp phần không nhỏ vào côngcuộc cải thiện sự thiếu hụt điện năng trong một vài năm tới, tạo nguồn điện cungcấp cho phát triển kinh tế và đời sống nhân dân từ lưới điện quốc gia, tạo nguồnnước bổ xung cho khu vực hạ lưu vào mùa kiệt, đáp ứng nhu cầu phục vụ nướcsinh hoạt, công nghiệp và đẩy mặn Tham gia chống lũ tiểu mãn, giảm lũ đầu vụcho vùng hạ lưu

Được sự giúp đỡ của cơ sở thực tập là Công ty cổ phần đầu tư và xâydựng Long Thành Tây Nguyên tập thể thầy giáo trong bộ môn Xây Dựng Công

Trình Ngầm và Mỏ, đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của Thầy giáo GS.TS VÕ TRỌNG HÙNG, em đã hoàn thành bản đồ án: Thiết kế xây dựng đoạn hầm dẫn

nước công trình thuỷ điện Pờ Hồ

Do thời gian có hạn, kiến thức còn hạn chế cùng với kinh nghiệm còn nonkém nên trong bản đồ án tốt nghiệp này không tránh khỏi những sai sót, rấtmong nhận được sự chỉ bảo của các thầy và các ý kiến đóng góp của bạn để bản

đồ án được hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn các quý thầy cô cùng vớicác bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

Đặc biệt là Thầy giáo GS.TS VÕ TRỌNG HÙNG đã tận tình giúp đỡ

em để em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2017

Sinh viên thực hiện

PHẦN I: KHÁI QUÁT CHUNG CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ THỦY ĐIỆN PỜ HÔ 1.1.Các đặc điểm về công dụng, vị trí, sự cần thiết phải thiết kế xây dựng hệ thống thủy điện

- Công trình thủy điện PỜ HỒ thuộc địa phận xã Trung Leng Hồ huyện BatXát tỉnh Lào Cai, có toạ độ địa lý như sau:

Toạ độ địa lý tuyến đập: 104012'32" kinh độ Đông, 22006'43" vĩ độ Bắc.Toạ độ địa lý nhà máy: 104013'13" kinh độ Đông, 22007'30" vĩ độ Bắc

- Tuyến đập cách đường quốc lộ khoảng 1.5km và cách trung tâm huyệnBát Xát khoảng 10km rất thuận tiện cho công tác thi công và vận hành

- Theo Báo cáo quy hoạch thủy điện tỉnh Lào Cai do Viện Khoa học thủylợi lập tháng 3 năm 2004, công trình thuỷ điện PỜ HỒ có hồ chứa với MNDBT=200.0m, công suất lắp máy 18MW

- Theo Báo cáo quy hoạch thủy điện nhỏ và vừa toàn quốc do Công ty tưvấn xây dựng điện 1 (PECC1) lập tháng 8 năm 2004, công trình thuỷ điện PỜ

HỒ có hồ chứa với MNDBT= 193.2m, công suất lắp máy 22MW

- Hồ sơ DAĐT-TKCS công trình thuỷ điện PỜ HỐ do Công ty TNHH tưvấn & phát triển năng lượng lập tháng 9 năm 2005 với MNDBT=195.0m, côngsuất lắp máy 21MW, điện lượng trung bình hàng năm Eo = 90.84106kWh

- Hồ sơ TKKT công trình thuỷ điện PỜ HỒ do Công ty tư vấn Đại học Xâydựng lập tháng 2 năm 2009 với MNDBT=203.0m, công suất lắp máy 27MW,điện lượng trung bình hàng năm Eo = 109,8.106 kWh

1.2 Các đặc điểm cấu tạo chủ yếu hệ thống thủy điện và công trình bề mặt liên quan

Các công trình chủ yếu của dự án thủy điện Pờ Hồ được xác định bao gồm:

- Hồ chứa

- Công trình đầu mối gồm đập không tràn và đập tràn

- Đập chính: Tuyến đập 2, đập bê tông trọng lực kết hợp với đập tràn có cửavan đặt tại lòng sông

- Tuyến năng lượng gồm: Cửa lấy nước, đường hầm dẫn nước, tháp điều áp.Đường ống áp lực và kênh xả

1.3 Những đặc điểm về điều kiện xây dựng toàn bộ khu vực hệ thống công trình ngầm có ảnh hưởng tới công trình ngầm cần phải thiết kế

1.3.1 Điều kiện tự nhiên

1.3.1.1 Thổ nhưỡng và thảm thực vật

Bề mặt lưu vực với tầng phủ là đất sét pha lẫn dăm sạn màu nâu vàng hoặcxám vàng dày có nguồn gốc phong hoá từ đá phiến thạch anh mica màu xám.Chế độ khí hậu nhiệt đới gió mùa và phần lớn khí hậu ôn đới ở độ cao trên1000m đã tạo ra trên khu vực một thảm thực vật đa dạng, rừng cây vùng nhiệtđới cõ xen kẽ một số cây ôn đới như bạch dương, thông, sa mu, cùng với nhiềuloài dược thảo quý mọc ở tầng dưới Hiện nay, tuy đã bị khai thác một phầnnhưng rừng trong lưu vực vẫn là nơi tồn trữ quỹ gen của các loại thực vật quýhiếm Với địa hình đồi núi cao, lượng mưa lớn cộng thêm thảm phủ tốt nên dòngchảy mùa kiệt của lưu vực Pờ Hồ là khá tốt và điều hoà

1.3.1.2 Nhiệt độ không khí

Chế độ nhiệt trong khu vực biến đổi theo mùa và theo độ cao địa hình mộtcách rõ rệt Tương tự như các vùng miền núi khác ở phía Bắc, mùa hè ở đâythường kéo dài từ tháng IV tới tháng IX, và mùa Đông từ tháng X tới tháng IIInăm sau Lưu vực Nậm Khoá nằm ở vùng thượng lưu nên có mùa đông khá lạnh,nhiệt độ có khi xuống dưới 00C nhưng lại có mùa hè mát mẻ, nhiệt độ trung bìnhnăm dao động từ (17  20)0C

1.3.1.3 Chế độ gió

Do ảnh hưởng của địa hình, hướng gió thịnh hành cho toàn khu vực là hướng Tây

và Tây Nam Trong năm có hai mùa gió phân biệt: Gió mùa Đông từ tháng XIđến tháng IV năm sau với gió thịnh hành là gió mùa Đông Bắc mang không khílạnh và khô, gió mùa hè với hướng gió thình hành Tây Nam xuất hiện từ tháng Vtới tháng X Tốc độ gió lớn nhất đã quan trắc được tại các trạm trong khu vựcnhư sau: Than Uyên Vmax = 32 m/s, Mù Cang Chải Vmax = 30m/s, Sa Pa Vmax =37m/s

1.3.1.4 Độ ẩm không khí

Độ ẩm tương đối trung bình năm thay đổi không nhiều giữa các vùng dao

động khoảng từ (85 87) % Độ ẩm tương đối trung bình nhỏ nhất ở Sa Pa là82% xuất hiện vào tháng III, lớn nhất là 91 % vào tháng X

1.3.1.5 Mưa

Sự biến đổi của mưa theo thời gian và không gian trên khu vực phụ thuộcchặt chẽ vào sự hoạt động của gió mùa và tác động của địa hình Lưu vực SuốiChăn nằm ở sườn Đông Bắc của dãy Hoàng Liên Sơn có lượng mưa thay đổimạnh theo độ cao của địa hình và hướng gió, lượng mưa năm ở đây biến đổi khálớn từ 1600mm đến 3200mm

Trong năm mưa phân ra làm hai mùa rõ rệt, mùa mưa bắt đầu từ tháng V vàkết thúc vào tháng IX, mùa khô từ tháng X đến tháng IV năm sau Lượng mưatrong mùa mưa chiếm khoảng (77 ÷ 80)% lượng mưa năm Mưa lớn thường xảy

ra vào ba tháng VI, VII, VIII chiếm từ (57 ÷ 60)% tổng lượng mưa năm Lượngmưa trong 7 tháng mùa khô chiếm (20÷23)% tổng lượng mưa năm, tháng cólượng mưa nhỏ nhất năm là tháng XII, tháng I

1.3.2 Điều kiện địa hình

Lưu vực thuộc loại điạ hình miền núi cao với độ dốc sườn núi và độ dốclòng sông khá lớn, điạ hình bị chia cắt mạnh Lưu vực có dạng nan quạt, đườngphân lưu ở thượng nguồn đi qua các đỉnh có cao độ 1500m đến 2500m, độ caothấp dần về hạ du Địa hình núi cao, bị chia cắt, cộng với lượng mưa dồi dào đãtạo nên mạng lưới sông dày đặc trên lưu vực

1.3.3 Điều kiện địa chất chung khu vực dự án

1.3.3.1 Đặc điểm địa hình - địa mạo

Khu vực của Dự án nằm ở ranh giới giữa vùng đông bắc và tây bắc của ViệtNam, thuộc địa hình vùng núi cao trung bình Ở khu vực lòng hồ, sườn núi haibên dốc đến rất dốc Tại khu vực đầu mối, địa hình dốc đến rất dốc Khu vực nhàmáy và đường ống áp lực, địa hình thoải hơn, đôi chỗ 15-200 Khu vực tuyếnhầm dẫn nước có điều kiện địa hình từ thoải đến dốc

Toàn bộ vùng công trình Suối Chăn 1 nằm trong huyện Văn Bàn, theo Tiêuchuẩn thiết kế chống động đất TCXDVN 375-2006 thì huyện Văn Bàn có gia tốcđộng đất cực đại a=0.0567g tức là có phông động đất cấp VI (theo thang MSK-64)

Bảng 1.1 Giá trị kiến nghị tính toán của đất.

Đới

ĐCCT

Dung trọng, t/m3

Cường độ kháng cắt ở trạng

thái

Mô đun Biến dạng bão hòa

Hệ số thấm

Tự nhiên

Bão hòa

PHẦN II: THIẾT KẾ KĨ THUẬT HẦM DẪN NƯỚC CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ QUY HOẠCH HẦM DẪN NƯỚC 1.1 Những yêu cầu cơ bản về thiết kế quy hoạch hầm dẫn nước

1.1.1 Đánh giá khối đá, mức độ ổn định không chống phần thân đường hầm.1.1.1.1 Phương pháp phân loại khối đá theo Dree – phương pháp RQD

RQD: là chỉ tiêu được xác định bằng tỉ số giữa tổng chiều dài của các thỏilõi khoan có chiều dài ≥ 100 mm trong lỗ khoan với chiều dài của lỗ khoan đóđược khoan bằng mũi kim cương

li – chiều dài của mỗi thỏi lõi khoan ≥ 100 mm

L – chiều dài lỗ khoan khảo sát, mm

Bảng 2.1 Phân loại khối đá theo RQD

1.1.1.2 Phương pháp phân loại khối đá theo Beiniawski qua chỉ tiêu RMR

Theo Bieniawski phân loại khối đá nhằm xác định những thông số quantrọng nhất đến việc xử lý khối đá, cung cấp cơ sở để hiểu rõ tính chất được chiavới chất lượng khác nhau, đồng thời cung cấp số liệu định lượng cho thiết kế kỹthuật Ngoài ra việc phân loại khối đá còn nhằm kiến nghị hỗ trợ cho các hướngdẫn xây dựng các đường hầm cung cấp cơ sở cho việc thông tin giữa kỹ sư và cácnhà địa chất học và liên hệ kinh nghiệm về các điều kiện của đất đá ở hiện trườngnày với đất đá ở hiện trường khác

Đánh giá chất lượng khối đá bao quanh đường hầm để phục vụ cho thiết kế

và các biện pháp gia cố, chống giữ ổn định là một phương pháp được sử dụngrộng rãi trên thế giới hiện nay

Theo tài liệu địa chất đoạn hầm cần thiết kế xây dựng có điều kiện địa chấttương đối tốt có hệ số kiên cố f = 8 nứt nẻ mạnh đến trung bình

Ta có:

RMR = Rσn + R

D + RC + RJ + RW + RP ; (2.2)Trong đó:

Rσn- chỉ tiêu bền nén đơn trục của khối đá

RD - chỉ tiêu chất lượng theo Deere

RC - chỉ tiêu các khoảng cách giữa các khe nứt

RJ - đặc điểm bề mặt nứt lẻ

RW - ảnh hưởng của nước ngầm khối đá

RP - ảnh hưởng của phương khe nứt đối với đường lò

Mỗi tham số trong công thức trên biểu thị bằng một lượng điểm nhất địnhtuỳ thuộc vào đặc thù riêng biệt của khối đá ở từng vị trí đường lò khi đã đượctiêu chuẩn hoá Tổng lượng điểm của các tham số trên sẽ là lượng điểm chấtlượng của cả khối đá Điểm chất lượng của khối đá sẽ nằm trong giới hạn từ 0đến 100 và được chia thành 6 cấp chất lượng tương ứng với những đặc điểm khácnhau của khối (xem bảng 2.2) Mỗi cấp chất lượng sẽ kiến nghị những giải phápchống giữ tương ứng cho đường lò

Bảng 2.2 Bảng phân loại chất lượng khối đá theo chỉ số RMR

Lượng điểm theo RMR Chất lượng khối đá Cấp phân loại

- Cho phép đánh giá định lượng từng loại khối đá cụ thể phụ thuộc vàonhững điều kiện địa chất chất khác nhau

- Phương pháp trên đã xét đến ảnh hưởng của nhiều yếu tố như: đặc điểmcấu trúc và trạng thái của khối đá ở những điều kiện cụ thể, đặc biệt là ảnh hưởngcủa các đặc tính nứt nẻ, nước ngầm, độ bền của khối đá, trong những điều kiệnthực tế

Dựa vào RMR nhúm tỏc giả Kendorski và Cunmmings lập ra biểu đồ để lựachọn kết cấu chống như trờn hỡnh vẽ (hỡnh 2.2).

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Neo đơn chiếc Neo vớ i b ớ c chống neo th a

Neo vớ i b ớ c chống nhỏ (neo dày) và Neo vớ i b ớ c chống trung bình và bê tông phun.

, bê tông phun, vì chống kim loại đơn hoặc vì chống gỗ tha, kết cấu nhẹ.

Thanh chống kim loại kết cấu trung bình hoặc vì chống gỗ vững chắc có kết cấu giằng kín.

Thanh chống kim loại kết cấu vững chắc, trong vù ng g ơng đào tuỳ theo mức độ cần thiết sử dụng bê tông phun hoặc chè n cọc dày.

Vù ng không ổn định sụt lở mạnh

1 - Vù ng giớ i hạn bởi đặc tính sụt lở

cục bộ (mức độ ổn định thấp nhất).

3 - Đ ờng cong giớ i hạn an toàn cao cho khung vỏ chống (ổn định)

Hỡnh 2.2 Sơ đồ lựa chọn loại hỡnh chống giữ hợp lý cho cụng trỡnh ngầm theo

CUMMINGS & KENDORSKI1982.

- Đỏnh giỏ:

Hầm dẫn nước thủy điện |Pờ Hồ chủ yếu đào qua đất đỏ IIA Theo đỏnh giỏ,đõy là loại đất đỏ tương đối tốt, thuận lợi cho quỏ trỡnh thi cụng hầm dẫn nước.Theo mối quan hệ giữa thời gian ổn định và khẩu độ khụng chống củaGs.Bieniawski, đường hầm dẫn nước thủy điện Pờ Hồ cú chiều rộng khai đào là2,6m, đào qua khu vực đất đỏ cú chỉ số RMR = 61 ữ 80

Do vậy, để bảo đảm an toàn và tốc độ thi cụng, ta lựa chọn sơ đồ thi cụngnối tiếp toàn phần Sau khi đào và chống tạm hết chiều dài đường hầm, ta tiếnhành chống cố định cho đường hầm dẫn nước

Do đường hầm cú ỏp lực đi qua nhiều lớp đất đỏ khỏc nhau, với cỏc đặcđiểm địa chất thuỷ văn, địa chất cụng trỡnh khỏc nhau Nờn cụng tỏc thiết kế kỹthuật, thiết kế thi cụng cú khối lượng rất lớn và do do khuụn khổ của đồ ỏn cũngnhư thời gian cú hạn nờn đồ ỏn chỉ thiết kế thi cụng một đoạn thõn hầm dẫn nước

(đọan từ KM 0+750 đến KM 0+900 trờn bề mặt trắc dọc cụng trỡnh).Theo tài

liệu địa chất công trình thủy điện Pờ Hồ và dựa trên cơ sở nghiên cứu các tài liệuđịa chất ở trên, kết hợp với kết quả khảo sát tại hiện trường, thiết kế xác định cácchỉ tiêu đánh giá chất lượng khố đá theo phương pháp RQD, RMR, đoạn hầmdẫn nước nằm sâu dưới mặt đất và phần lớn nằm trong đới đá tương đối nguyênkhối IIA tương đối ổn định có điều kiện địa chất thuận lợi , đá cứng chắc đến rấtcứng chắc, tính thấm nhỏ, ít nứt nẻ có hệ số kiên cố của đá f = 8, RMR = 61 ÷ 80.1.1.2 Những yêu cầu cơ bản về thiết kế quy hoạch thân đường hầm

Trong công tác thiết kế hệ thống công trình ngầm, việc xác định hình dạngđường hầm có ý nghĩa rất lớn với những tiên ích mà công trình đem lại và quyếtđịnh lớn tới quy mô và giá thành của công trình Vì vậy hình dạng của công trìnhđược xác định dựa trên các yêu cầu kỹ thuật về tiêu chuẩn thiết kế công trình vàhiệu quả kinh tế mà công trình đem lại

Đường hầm được thiết kế với quy mô nghiên cứu các phương án công trình,cấp công trình được xác định theo TCXD VN 285:2002

Đoạn đường hầm thiết kế xây dựng cần đảm bảo cao độ và độ dốc phù hợpvới thiết kế dòng chảy

Đảm bảo công tác thông gió và vận tải trong quá trình thi công

1.2 Thiết kế quy hoạch công trình ngầm trên bình đồ

Đoạn hầm dẫn nước lý trình km 0 + 750 – km 0 + 900 dài 150m, độ dốchầm i = 1,5% đoạn hầm đi qua phải đào ngách quay xe số 3 tại km 0 + 780

Hình 2.3 Mặt bằng hầm dẫn nước

1.3 Thiết kế quy hoạch công trình ngầm trên mặt cắt dọc

Trên mặt cắt dọc thể hiện trục dọc theo suốt chiều dài của công trình vớicác thông số kỹ thuật sau:

- Cao độ tự nhiên của từng hạng mục công trình và các lớp đất đá màcông trình đi qua;

- Phương pháp đào của từng công trình

- Khoảng cách tính từng đoạn

- Các loại mặt cắt của công trình

- Độ dốc thiết kế của toàn bộ công trình

Độ dốc dọc trục hầm là i = 1,5% đảm bảo tạo áp lực chênh cao cột nước

Hình 2.4 Mặt cắt dọc đoạn hầm dẫn nước

1.4 Thiết kế quy hoạch công trình ngầm trên mặt cắt ngang

Hầm dẫn nước lý trình km 0 + 750 – km 0 + 900 dài 150m nhiệm vụ chính

vì vậy hầm dẫn nước tạo dòng chảy có áp chảy vào nhà máy thủy điện Hầm dẫnnước có nhiệm vụ dẫn nước từ đập thủy điện qua giếng điều áp chảy vào nhàmáy thủy điện

Hình dạng tiết diện ngang hầm do công ty cổ phần và tư vấn đàu tư MinhĐức tính toán dựa vào Phương pháp luận, phân tích kinh tế và số liệu sử dụngtính toán thuỷ năng để lựa chọn ra loại mặt cắt phù hợp nhất căn cứ lưu lượngnước lớn nhất trong năm

Phương pháp luận tính toán thuỷ năng

Hồ chứa Pờ Hồ xây dựng không có dung tích điều tiết lớn, mà chỉ có dungtích điều tiết ngày đêm Mô phỏng quá trình tính toán điều tiết dòng chảy:

Mùa lũ: từ tháng 6 đến tháng 10, thời kỳ này thuỷ điện Pờ Hồ làm việc vớimục tiêu điện năng ngày max, thời gian 24h/24h, công suất phát điện là công suấtkhả dụng.

Mùa khô: từ tháng 12 đến tháng 3, thời kỳ này thuỷ điện Pờ Hồ làm việctheo chế độ ngày không hoàn toàn, lưu lượng đến hồ nhỏ không đủ để chạy toàn

bộ số tổ máy, nên chỉ chạy 1 tổ máy với Qmin của 1 tổ máy

Các thời gian còn lại khi lưu lượng đến hồ không đủ lớn để chạy toàn bộ số

tổ máy thì tuỳ theo diễn biến thực tế quá trình dòng chảy đến hồ mà cho nhà máyvận hành 1 tổ, 2 tổ

Hồ chứa Pờ Hồ chỉ có khả năng điều tiết ngày đêm, hệ số điều tiết hồ bằngkhoảng 0,07% (dung tích điều tiết vào giờ cao điểm Whi= 0,59 triệu m3) nên

khi lưu lượng đến hồ được điều tiết với nguyên tắc lưu lượng đến lớn hơn lưulượng toàn bộ tổ máy thì lấy lưu lượng lớn nhất qua nhà máy cộng với một lượngnước tích vào hồ còn lại xả thừa; lưu lượng đến nhỏ hơn Qmin của 1 tổ máy chỉvận hành nhà máy khi lưu lượng tối thiểu bằng Qmin của 1 tổ máy.

Trong quá trình tính toán thuỷ năng sẽ được tính toán theo dòng chảy trungbình ngày đêm và trung bình tháng đối với phương án chọn

Các kết quả tính toán bao gồm: Các giá trị trung bình thời đoạn tính toánbao gồm: tổn thất lưu lượng thấm, bay hơi, lưu lượng qua tua bin; các công trìnhtràn (xả thừa), lưu lượng và tổng lượng tích vào (hay lấy ra từ hồ chứa), các giátrị mực nước thượng hạ lưu, dung tích hồ chứa ở cuối thời đoạn hay giá trị trungbình; các giá trị trung bình của cột nước phát điện, công suất phát và điện năng.Công suất đảm bảo là công suất nhà máy có thể cung cấp với mức đảm bảo90%, tức là công suất phát của nhà máy không nhỏ hơn công suất 90% thời gian

mô phỏng, chỉ có 15% số năm nhà máy không thoả mãn điều kiện này Mức đảmbảo 90% là mức được áp dụng cho các công trình có quy mô như nhà máy thủyđiện Pờ hồ theo quy phạm

Dựa trên cơ sở tính toán của công ty cổ phần tư vấn đầu tư và xây dựngcông nghiệp Minh Đức đưa ra 6 loại mặt cắt nhưng trong đoạn lý trình km 0 +

750 – km 0 + 900 thuộc loại mặt cắt loại 2 được thể hiện dưới hình 2.5, mặt cắtngang khai đào dạng tường thẳng vòm bán nguyệt ưu điểm chịu được áp lực nóclớn, tận dụng được diện tích nền cao do vậy dễ thi công trong công tác khoan nổmìn cũng như xúc bố dễ dàng do nền bằng phẳng, nhược điểm là chịu áp lựchông kém nhưng do đặt vào lớp đất đá tương đối cứng vững nên áp lực hông tácdụng cũng nhỏ

Các thông số của dạng mặt cắt loại 1: chiều rộng sử dụng Bsd = 2m, chiềucao tường Ht =1m, bán kính sử dụng Rsd = 1m

Hình 2.5 Mặt cắt ngang sử dụng

1.5 Thiết kế quy hoạch cấu tạo mặt bằng ngách tránh và quay xe số 1.

Hầm dẫn nước lý trình km 0 + 750 – km 0 + 900 cần thiết kế hai ngáchtránh xe số 1 tại km 0 + 780

Khi thi công hầm dẫn nước vào sâu để thuận lợi cho công tác vận tải thì ta tiến hành mở thêm ngách tránh xe cho các thiết bị vận tải ôtô có thể tiến hành qua đầu di chuyển cũng như đổ tải một cách dễ dàng:

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ LỰA CHỌN VẬT LIỆU, TÍNH TOÁN KẾT CẤU

CHỐNG GIỮ CÔNG TRÌNH NGẦM 2.1 Những yêu cầu cơ bản về thiết kế vật liệu, kết cấu chống giữ đoạn đường hầm

- Chất lượng khối đá xung quanh công trình

Như đã trình bày ở phần trên đoạn đường hầm nằm trong đới đá tương đốinguyên khối IIB tương đối ổn định có điều kiện địa chất thuận lợi , đá cứng chắcđến rất cứng chắc, ít nứt trung bình có hệ số kiên cố của đá f = 8, RMR = 61 ÷

80 Vì vậy ta sẽ tính áp lực lên đường hầm tương ứng với loại đất đá có độ kiên

2.2 Thiết kế lựa chọn vật liệu chống giữ công trình ngầm

Việc lựa chọn vật liệu chống giữ đoạn đường hầm dựa vào các điều kiện,thông số sau:

- Tính chất cơ lý của đất đá xung quanh đường lò, liên kết giữa các khối đá xungquanh…

- Đặc điểm địa chất công trình, địa chất thuỷ văn khu vực công trình đi qua

- Thời gian tồn tại của công trình

- Vật liệu làm vỏ chống phải sẵn có, dễ tìm kiếm, dễ vận chuyển

Căn cứ vào tính chất cơ lý của đất đá xung quanh đường hầm, ta sửdụng các loại vật liệu để làm kết cấu chống đó là :

- Đối với khu vực đào qua đứt gãy, đất đá kém ổn định ta sử dụng vìthép và bê tông

- Đối với khu vực đào qua đất đá ổn định ta sử dụng neo điểm

- Với khu vực thi công qua đất đá không ổn định, nứt nẻ thì sử dụng bêtông cốt thép

2.2.3 Kết cấu chống gỗ

Gỗ là loại vật liệu được sử dụng làm kết cấu chống giữ trong các đường lò

từ lâu đời Trong các năm gần đây các ngành công nghiệp luyện kim, sản xuất vậtliệu xây dựng phát triển ở trình độ cao nhưng gỗ vẫn là loại vật liệu được sửdụng phổ biến vì có những ưu điểm như: Chế biến gia công đơn giản, dễ thíchứng, cho phép nhận thấy và nghe thấy khi áp lực đất đá phát triển đến trạng tháinguy hiểm, vận chuyển dễ dàng, sử dụng được nguồn nguyên liệu địa phương Tuy nhiên kết cấu chống gỗ vẫn còn những nhược điểm: Biến dạng nhiềukhi chịu tải, không liên kết với khối đá, và hầu như không sử dụng lại được, kếtcấu chống tạm và cố định quá hạn phải dỡ bỏ vì vậy gây ra biến đổi cơ học trongkhối đá, dễ cháy, dễ mục nát, gây ra sức cản khí động học lớn, không thích hợp

sử dụng trong điều kiện ẩm ướt

Gỗ sử dụng để chống cố định hầu như chỉ được áp dụng trong các đường lò

có tuổi thọ nhỏ, thường không quá 2 đến 3 năm, áp lực nóc tương đối nhỏ, ít biếnđổi

2.2.4 Neo, bê tông phun

Là kết cấu chống sử dụng ở những điều kiện địa chất phức tạp, neo kết hợp

bê tông phun tạo ra kết cấu chống tối ưu có thể dùng là kết cấu chống tạm hoặckết cấu chống cố định

2.2.5 Kết cấu chống bằng gạch, đá

Loại kết cấu này hiện nay hầu như không được sử dụng Bởi công tác thicông vỏ chống quá phức tạp, khó khăn, và tốc độ xây dựng chậm.

2.2.6 Kết cấu chống thép

Kết cấu chống thép là kết cấu được sử dụng rộng rãi, chiếm tỉ lệ lớn tronghầu hết các, lò bằng, lò nghiêng của nước ta dưới dạng vì chống cứng (thép chữ Ihoặc thép Ray), vì chống linh hoạt về kích thước (thép lòng máng SVP)

Vì chống thép có khả năng chịu lực cao, dùng trong đất đá có độ bền bất kỳ,

áp lực lớn nhưng dễ bị han gỉ nhất là trong điều kiện môi trường ẩm ướt có xâmthực thông thường được sử dụng cho các đường lò có thời gian phục vụ từ 5 đến

7 năm trở lên

2.2.7 Kết cấu chống bằng bê tông, bê tông cốt thép liền khối

Loại kết cấu này thường được sử dụng cho các đường lò có tuổi thọ cao(lớn hơn 20 năm), chịu áp lực lớn, khả năng cách nước tốt Kết cấu chống loạinày được sử dụng với tỉ lệ rất ít trong các mỏ hầm lò bởi công tác thi công vỏchống rất phức tạp, khó khăn, giá thành chống giữ đường lò lớn

2.3 Phương án khả dĩ chống giữ hầm dẫn nước

Lựa chọn chủng loại vỏ chống việc tính toán lựa chọn loại kết cấu chống cốđịnh cho hầm dựa vào các điều kiện, thông số sau:

- Tính chất cơ lý của đất đá xung quanh đường hầm, liên kết giữa các khối

đá xung quanh

- Đặc điểm địa chất công trình, địa chất thuỷ văn khu vực công trình đi qua

- Thời gian tồn tại của công trình

- Vật liệu làm vỏ chống phải sẵn có, dễ tìm kiếm, dễ vận chuyển

- Đơn giản, dễ thi công

- Cơ sở tính toán, lựa chọn kết cấu chống

Việc tính toán, lựa chọn kết cấu vỏ chống cố định cho đường hầm trên từngđoạn cụ thể phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Trong phạm vi loại vỏ chống cố định đã được chọn

- Điều kiện địa chất thuỷ văn, địa chất công trình khu vực.

- Áp lực đất đá xung quanh tác dụng lên vỏ chống

- Hiệu quả cao nhất về kinh tế và tính khả thi

2.3.1 Lựa chọn kết cấu chống tạm

Dựa vào các hệ số ổn định nóc và hông, các chỉ tiêu đánh giá chất lượngkhối đá RMR, RQD, Q và điều kiện địa chất, địa chất thủy văn, địa chất côngtrình của khối đá xung quanh đường hầm mà ta đã xác định được ở phần trước,trên cơ sở đó ta lựa chọn kết chống giữ cho công trình là dùng neo điểm bê tôngcốt thép

Ưu điểm: là kết hợp với khối đá làm cho khối đá tự mang tải, do khối đá cókhả năng lưu không cao nên chỉ cần dùng neo điểm Điều này làm giảm giá thành

và thời gian thi công chống tạm đoạn hầm từ Km 0 + 750 đến Km 0 + 900 có đất

2.3.2 Lựa chọn kết cấu chống cố định

Kết cấu chống cố định là vỏ bê tông cốt thép liền khối đổ tại cho toàn bộđường hầm bằng bê tông cốt thép M250, cốt thép CIII với các đặc tính kỹ thuậtnhư sau:

Bảng 2.3 Các số liệu của vật liệu vỏ hầm

Bêtông

M250

Cốt

thép CIII

Ứng suất kéo, nén cho phép [σk] kG/cm2 3650Kết cấu vỏ chống bằng bê tông cốt thép liền khối theo kinh nghiệm người tathường lấy chiều dày vỏ chống cố định:

Trong đó:

D là chiều dày vỏ chống cố định

Rsd = 1 (m) là bán kính sử dụng

D = 0,3.1 = 0,3(m) = 30(cm)vậy chọn sơ bộ chiều dày vỏ chống cố định D = 30(cm) để đảm bảo an toàn

2.3.3 Xác định kích thước sử dụng của hầm dẫn nước

Diện tích sử dụng của hầm dẫn nước là:

Trong đó:

Hsd = 1 ( m ) là chiều cao tường sử dụng

Bsd = 2 ( m ) là chiều rộng sử dụng

Rsd = 1 ( m ) là bán kính sử dụng

2.3.4 Xác định kích thước đào của hầm dẫn nước

Chiều rộng khai đào của hầm dẫn nước

Bd = Bsd + 2.( bbtp + bbtct ) = 2 + 2.( 0+ 0,3) = 2,6 ( m )

Trong đó:

bbtp = 0 ( m ) là chiều dày lớp bê tông phun

bbtct = 0,3 ( m ) là chiều dày lớp bê tông cốt thép

Bán kính vòm khai đào của hầm dẫn nước

Chiều cao tường khai đào hầm dẫn nước Hd = Hsd + bbtct = 1 + 0,3 = 1,3 ( m )Diện tích khai đào của hầm dẫn nước là:

2.3.5 Xác định Kích thước đường cấu tạo của hầm dẫn nước Chiều rộng cấu tạo của hầm dẫn nước

Bct = Bsd + 2.bbtct = 2 + 2.0,3 = 2,6 ( m )Trong đó:

bbtct = 0,3 m là chiều dày lớp bê tông cốt thép

Bán kính vòm cấu tạo của hầm dẫn nước:

Chiều cao tường cấu tạo hầm dẫn nước: Hct = 1,3m

Diện tích cấu tạo của hầm dẫn nước: Sct = 6,04m2

2.4 Tính toán áp lực tác dụng lên công trình ngầm

Theo mặt cắt địa chất ta có đoạn hầm dẫn nước chủ yếu đi qua đất đá đớiIIB có độ kiên cố f = 8, ta tính toán áp lực với các thông số đầu vào như sau:

Hình 2.8 Sơ đồ tính áp lực đất đá theo giả thiết Tximbarevich

a1= a + h.tg( 2

90 − ϕ

) (m) (2.4)Trong đó:

a- nửa chiều rộng của công trình tính đến trục cấu tạo của kết cấu chống,

a = Bct/2 = 2,6/2 = 1,3 (m)

a1 - nửa hiều rộng của vòm cân băng tự nhiên (m)

h - chiều cao công trình, h = Hct = 2,6(m)

ϕ

- góc nội ma sát trong của đất đá,

ϕ = 82o52’

Chiều cao vòm phá hủy :

Áp lực nóc (của đất đá) phân bố đều trên 1 m dài hầm được xác định theocông thức

⇒

Pn = 1,2.2,67.0,18 = 0,58 (T/m)Vậy áp lực nóc tác dụng qn = 0,58 (T/m)

2.4.2 Áp lực sườn

Sau khi đào khoảng trống tạo không gian công trình ngầm, khối đất đá xungquanh sẽ bị phá hủy gây nên áp lực tác dụng, tác dụng lên kết cấu chống Khốiđất đá bên hông công trình ngầm bị phá hủy sụt lở gây nên áp lực hông Ngoài ra,

áp lực hông còn có thể bị gây nên bởi áp lực của khối đá bên trên đè xuống (áplực nóc pn)

Tính toán áp lực hông hiện nay phổ biến là giả thuyết của giáo sư P.MTximbarevich (cơ sở của phương pháp này là lý thuyết tường chắn đất hay áp lựcđất của coulomb), theo đó áp lực hông phân bố có dạng hình thang, có các đáy làcường độ áp lực tại đỉnh và nền hầm, được xác định theo công thức:

Áp lực hông tại nóc công trình : q s1 = γ .b1tg2 (450- ϕ/2) (T/m2) (2.6)

Áp lực sườn tại nền công trình:

s

q = γ .(b1+h)tg2 (450-ϕ/2) (T/m2) (2.7)Trong đó:

ϕ - Góc ma sát trong của đất đá, ϕ=arctg(f)= 82o52’

h - chiều cao đường hầm khi đào, h = Hct = 1,3 (m)

γ- trọng lượng thể tích của đất đá, γ = 2,67 (T/m3)

b1 - chiều cao vòm phá hủy, b1 = 0,18 (m)

Thay giá trị vào các công thức (2.6) và (2.7) ở trên ta được:

q s1 = 2,67 0,18.tg2(450 - 82052’/2) ≈ 0,0013 (T/m2)

q s2 = 2,67.( 0,18 + 1,3).tg2(450 - 82052’/2) ≈ 0,015 (T/m2) Tuy nhiên để thuận tiện cho tính toán ta coi áp lực sườn là phân bố đều vớigiá trị: qs = Max (qs1,qs2) = 0,015 (T/m2)

Áp lực hông trên 1m chiều dài là qs = 0,015 (T/m)

2.4.3 Áp lực nền

Tùy theo nguyên gây ra áp lực nền dẫn đến hiện tượng bùng nền mà cónhiều phương pháp, giả thuyết được xây dựng để tính áp lực nền Giả thuyết củaTximbarevich, dựa trên cơ sở phân tích mặt trượt dưới nền công trình theobeldetski

Áp lực nền hầm bằng theo Tximbarevich được tính theo công thức:

Do- lực đẩy ngang, đất đá đào qua đều là bột kết nên Do được tính theo côngthức sau:

h1 = Hct + b1 = 1,3 + 0,18 = 1,48(m)

Chiều sâu giới hạn của lớp đất đá tham gia vào áp lực nền được tính theo công thức sau:

Thay số vào (2.9) có:

Thay số vào (2.12) ta có:

Ta nhận thấy chiều sâu của lớp đất đá tham gia vào áp lực nền là quá nhỏ do

đó áp lực nền là rất nhỏ, vậy có thể bỏ qua áp lực nền qn’ = 0

Hình 2.9 Sơ đồ phân bố tải trọng tác dụng lên vỏ chống

2.5 Tính toán nội lực trong lớp kết cấu chống cố định

Việc xác định nội lực trong vỏ chống trên cơ sở xem xét các thành phầnngoại lực tác dụng Ta tiến hành giải bài toán theo các tổ hợp tải trọng tác dụngdựa trên nguyên lý cộng tác dụng Sau đó chọn mặt cắt có thành phần nội lực

nguy hiểm nhất để tiến hành thiết kế mặt cắt vỏ chống theo các tiêu chuẩn hiệnhành.

Tổ hợp tải trọng 1

Khi đường hầm vừa thi công xong, bao gồm các tải trọng:

- Áp lực đất đá

- Trọng lượng bản thân vỏ chống

- Áp lực nước từ bên ngoài và lực kháng đàn hồi

2.5.1 Nội lực trong vỏ chống gây bởi áp lực đất đá thẳng đứng

Hình 2.10 Sơ đồ tính nội lực vòm 2 khớpVòm 2 khớp là khung siêu tĩnh bậc 1, có thể giải bằng phương pháp lực,hoặc phương pháp chuyển vị đơn vị Ở đây ta sử dụng phương pháp chuyển vịđơn vị do thành phần lực xô ngang X =1 gây ra

Phản lực thẳng đứng tại hai gối tựa VA và VB xác định theo công thức:

VA = VB = qn Rct , kN (2.10)

Rđ - Bán kính của công trình, Rct = 1,3 (m)

ht - Chiều cao của tường, ht = 1,3 (m)

qs - Áp lực sườn qs = 0,015 (T/m)

h - chiều cao đào của hầm h = ht + Rđ = 1,3 + 1,3 = 2,6 (m)

Thay số vào công thức (2.15) trên ta được: X = XA = XB = -0,048 (T)

Do tính đối xứng nên khi tính toán nội lực ta chỉ tính cho một nửa kết cấu

* Nội lực ở tường:

Hình 2.11 Sơ đồ tính nội lực ở tường thẳng

Mô men uốn ở trong phần tường:

,T (2.13)Lực cắt trong tường: c s

Q =X - q y

,T (2.14)Kết quả tính toán nội lực ở cột được thể hiện trong bảng 2.4:

Bảng 2.4 Kết quả nội lực phần tường thân đường hầm

Hình 2.12 Sơ đồ tính nội lực ở vòm

Mô men uốn ở trong tiết diện bất kỳ của vòm xác định:

Mv = X (Rv.sinφ + ht) +

12

.qn.Rv2.sin2 φ -

12

.qs (Rv sinφ + ht)2 ,T.m (2.15)

Mô men tại đỉnh vòm được xác định:

Mv = X.ht+

12

.qn Rv2-

12

.qs.ht2 ,T.m (2.16)Lực dọc ở phần vòm bất kỳ :

Nv = qn.Rv.cos2 φ - X.sinφ + qs.(Rv.sinφ + ht)sinφ, T (2.17)Lực cắt ở trong tiết diện bất kỳ của phần vòm được tính:

Qv = qn.Rv.cosφ.sinφ + X.cosφ - qs.(Rv.sinφ + ht)cosφ, T (2.18)Lực cắt tại đỉnh vòm: Qv=0

Cho ϕ biến đổi từ 00÷900 (chân vòm ϕ = 00) ta sẽ tính được mô men uốn

Bảng 2.5 Kết quả nội lực phần vòm thân đường hầmSTT φ

2.5.3 Biểu đồ nội lực

Hình 2.13 Biểu đồ lực dọc trong kết cấu chống

Hình 2.14 Biểu đồ lực cắt trong kết cấu chống

Hình 2.15 Biểu đồ mô mem trong kết cấu chống.

2.6 Kiểm tra bền

Trong đó:

ex - độ lệch tâm, m

d - chiều dày của vỏ chống bêtông cốt thép, d = 30 cm = 0,30 m

Mx - mômen tại các mắt của tường và vòm, T.m

Nx - lực dọc tại các mặt cắt của tường và vòm, T

Theo kết quả tính nội lực của vỏ chống ta thấy tại hầu hết các mặt cắt có độlệch tâm rất lớn, độ lệch tâm này lớn hơn độ lệch tâm cho phép [e] = 0,05 m, vìvậy để đảm bảo ổn định cho vỏ chống thì ta phải tính toán bố trí tăng thêm cốtthép vào kết cấu

2.7 Tính toán kết cấu chống tạm cho đường hầm

2.7.1 Tính toán kết cấu neo

a Tính toán chiều dài thanh neo

Lỗ khoan được chọn có đường kính 42mm Vữa bê tông dính kết được chọn

Cường độ tính toán kéo, Ra (T/m2) 36500

Chiều dài thanh neo được xác định theo điều kiện giữ đầu neo ở ngoài giớihạn của vùng đất đá bị phá hủy, sụt lở cục bộ hay lớp đất đá do nổ mìn

Theo công thức kinh nghiệm của giáo sư V.M Moskov thì chiều dài thanhneo được xác định theo công thức:

ln = hph +1,5.lz+lk ,m (2.19)Trong đó:

hph- chiều sâu của vòm phá hủy, m; hph=b1=0,272 m

lk- chiều dài phần đuôi neo nhô vào trong tiết diện đào, lk=0,1m

lz- chiều dài neo làm việc nằm trong vùng đất đá vững chắc, lz ≥ 0,5

z

a a

Nl

N=Fc.Ra

N= Fc.Ra=3,8.10-4.36500=10,64, TThay số vào công thức tính chiều dài phần làm việc của thanh neo trongvùng đất đá ổn định ta được:

ln = 0,272 +1,5.0,597 +0,1 = 1,29 m

chọn ln = 1,5mKhi cắm neo vào trong lỗ khoan để thuận tiện cho công tác lắp đặt bu lông

và tăng tính an toàn cho kết cấu neo ta tăng chiều dài neo

b Tính toán các tải trọng giới hạn tác dụng lên kết cấu neo

Khả năng mang tải của thanh neo được xác định theo các điều kiện sau:

- Tải trọng mang tải của thanh neo tính theo khả năng kéo đứt thanh neo: P1

Trong đó:

Fa - diện tích tiết diện cốt thép Fa = 3,8.10-4 m2

Rk - khả năng chụ kéo của cốt thép Ra = 36500(T/ m2);

klv- hệ số làm việc của thanh neo, klv= 0,9;

Thay vào công thức (2.21) ta có :

P1=Fa.Rk.klv=3,8.10-4.36500.0,9 = 9,85 ,T

- Tải trọng mang tải của thanh neo tính theo khả năng kéo tụt thanh neo ra khỏi chất dính kết: P2

P2= dn.lz.τ

a kz klvz ,T (2.22)Trong đó:

dn - đường kính thanh cốt neo, dn = 20 mm

τ

a - là lực dính kết giữa cốt thép và bê tông, τ

a=300T/m2 ;

lz - chiều dài phần neo làm việc, lz = 0,597 m;

kz - hệ số điều chỉnh chiều dài khóa neo, ta lấy = 0,55;

klvz - hệ số điều kiện làm việc của khóa neo, lấy = 0,7

Trong môi trường ẩm ướt,klvz = 0,6÷0,7

Trong môi trường khô, klvz = 0,8

Thay vào công thức (2.22) ta có :

dlk - đường kính lỗ khoan dlk= 42mm=0,042m;

τ

c - lực dính kết giữa chất dính kết với khối đất đá, lấy τ

c 150T/m2

lz - chiều dài phần neo làm việc, lz = 0,597 m;

kz - hệ số điều chỉnh chiều dài khóa neo, ta lấy = 0,55;

klvz - hệ số điều kiện làm việc của khóa neo, lấy = 0,7

Thay vào công thức (2.23) ta có :

P3= 3,14.0,042.0,597.150.0,55.0,7 = 5,52 ,TVậy khả năng mang tải của thanh neo là Pmin=P3=5,52 ,T

c Tính khoảng cách giữa cách theo neo trong một vòng neo

Khoảng cách giữa các thanh neo “a” thường được lựa chọn theo các điềukiện sau:

- Theo khả năng mang tải của neo: a1

a1=

a P γ.hph

,m (2.24)Trong đó:

Pa – khả năng mang tải của thanh neo, Pa =Pmin = 5,52 ,T;

- trọng lượng riêng của đất đá, = 2,67T/m3;

Vậy thay vào công thức (2.24) ta có: a1 =

5,52 2,67.0, 272

= 2,75 m

- Theo ổn định đường biên giữa đất đá và các neo: a2

n 2

- Theo điều kiện tạo thành vòm sụt lở : a3

Vậy thay vào công thức (2.26) ta có:

Khoảng cách giữa các thanh neo theo phương dọc trục và phương ngangcủa vòm được lấy bằng giá trị nhỏ nhất: a= a3 = 2 m

Do hầm nhỏ và khoảng cách giữa các neo lớn, cộng thêm đoạn hầm thicông trong đá tốt nên chỉ sử dụng neo điểm tại các vị trí đất đá nứt nẻ

Hình 2.18 Mặt cắt ngang hầm đoạn Km 0 + 750 đến Km 0 + 900

PHẦN III THIẾT KẾ THI CÔNG HẦM DẪN NƯỚC CHƯƠNG 1 - LỰA CHỌN SƠ ĐÔ THI CÔNG 1.1 Những yêu cầu cơ bản về công tác lựa chọn sơ đồ thi công đường hầm

Việc lựa chọn sơ đồ thi công có ý nghĩa rất quan trọng trong việc nâng caotốc độ của máy móc, thiết bị và các công việc tới mức thấp nhất kinh tế nhất.Yêu cầu của cơ bản của sơ đồ thi công là sơ đồ thi công phải đảm bảo thực hiệnđược trong điều kiện thực tế, đơn giản trong lao động và vệ sinh công nghiệp.Việc lựa chọn sơ đồ thi công đường hầm phụ thuộc các yếu tố sau:

- Độ ổn định của khối đá bao quanh đường hầm khai đào

- Độ ngâp nước của khối đá đường hầm đi qua

- Diện tích tiết diện ngang của đường hầm

- Trang thiết bị và biện pháp thi công của hầm

- Các yêu cầu về an toàn và chỉ tiêu kinh tế

1.2 Mô tả khái quát một số sơ đồ thi công khả thi cho công trình hầm dẫn nước

Có 3 sơ đồ công nghệ thi công chính:

1.2.1 Sơ đồ thi công nối tiếp

Trong sơ đồ này người ta chia làm 2 sơ đồ là:

Nối tiếp toàn phần: đường hầm được đào và chống tạm theo hết chiều dàithiết kế sau đó mới tiến hành chống cố định cho đường hầm Sơ đồ này áp dụngcho những đường hầm có diện tích nhỏ và chiều dài ngắn

Nối tiếp từng phần: đường hầm được chia thành nhiều đoạn, trên mỗi đoạn

đó người ta tiến hành thực hiện nối tiếp công tác đào chống tạm và chống cố định1.2.2 Sơ đồ thi công song song

Với sơ đồ này thì công tác đào chống tạm cách nhau 1 khoảng sao cho côngtác đào chống và xây dựng 2 gương không ảnh hưởng lẫn nhau, tốc độ đào hầmbằng tốc độ xây dựng vỏ chống cố định, áp dụng cho đường hầm có diện tích mặt