Đồ án xây dựng công trình ngầm: Thiết kế thi công đường hầm ở độ sâu 275m

MỞ ĐẦU Công trình ngầm là công trình được xây dựng trong lòng vỏ quả đất, hay dưới mặt đất; chúng liên kết trực tiếp với khối đất, đá vây quanh. Các công trình ngầm (không kể các công trình ngầm trong ngành mỏ) được xây dựng cho những mục đích khác nhau, hoặc hình thành do những yêu cầu của thực tế: Sử dụng quỹ đất ngầm, không gian ngầm nhằm tiết kiệm quỹ đất trên mặt đất. Giải quyết vấn đề giao thông, phòng vệ, sinh hoạt, thương mại trong thành phố. Vượt sông, biển, đồi núi, vật cản cần bảo vệ duy trì. Các kho tàng, bến bãi ngầm, nhà xưởng ngầm. Nhà máy thủy điện ngầm,… Sau khi học xong môn Xây dựng Công trình ngầm Giao thông Đô thị. Chúng em đã có đủ kiến thức để thiết kế thi công các đường hầm phục vụ cho các mục đích như giao thông, khai thác mỏ, thông gió,…. Để làm quen với công việc thực tế của một kỹ sư tương lai, chúng em được giao đề tài: Đề bài: Thiết kế thi công đường hầm ở độ sâu 275m với các thông số như sau: Đường hầm đào từ cửa hầm theo hướng dốc lên, độ dốc 5‰. Đường hầm hình vòm 1 tâm tường thẳng với kích thước tiết diện ngang sử dụng (bên trong vỏ chống): bán kính vòm R = 4,5m và chiều cao tường H = 3,3m. Khoảng cách từ gương tới cửa hầm L = 650m, từ cửa hầm tới bãi thải 750m. Phá vỡ đất đá bằng phương pháp nổ mìn tạo biên, thuốc nổ P3151 (hoặc P113), kíp vi sai phi điện. Kết cấu chống cố định: vỏ BTCT liền khối dày 21cm M300. Đường hầm đào qua đá có hệ số kiên cố f = 9, RQD = 85, RMR = 80, γ = 2,56 Tm3, lưu lượng nước Q = 9,5 m3ngàyđêm. Tốc độ đào theo yêu cầu v = 105 mtháng; tốc độ đổ vỏ bê tông 90 mtháng.

MỞ ĐẦU

Công trình ngầm là công trình được xây dựng trong lòng vỏ quả đất, hay dưới mặtđất; chúng liên kết trực tiếp với khối đất, đá vây quanh Các công trình ngầm (không kể cáccông trình ngầm trong ngành mỏ) được xây dựng cho những mục đích khác nhau, hoặc hìnhthành do những yêu cầu của thực tế:

- Sử dụng quỹ đất ngầm, không gian ngầm nhằm tiết kiệm quỹ đất trên mặt đất

- Giải quyết vấn đề giao thông, phòng vệ, sinh hoạt, thương mại trong thành phố

- Vượt sông, biển, đồi núi, vật cản cần bảo vệ duy trì

- Các kho tàng, bến bãi ngầm, nhà xưởng ngầm

- Nhà máy thủy điện ngầm,…

Sau khi học xong môn Xây dựng Công trình ngầm Giao thông - Đô thị Chúng em đã

có đủ kiến thức để thiết kế thi công các đường hầm phục vụ cho các mục đích như giaothông, khai thác mỏ, thông gió,…

Để làm quen với công việc thực tế của một kỹ sư tương lai, chúng em được giao đềtài:

Đề bài:

Thiết kế thi công đường hầm ở độ sâu 275m với các thông số như sau:

- Đường hầm đào từ cửa hầm theo hướng dốc lên, độ dốc 5‰

- Đường hầm hình vòm 1 tâm tường thẳng với kích thước tiết diện ngang sử dụng(bên trong vỏ chống): bán kính vòm R = 4,5m và chiều cao tường H = 3,3m

- Khoảng cách từ gương tới cửa hầm L = 650m, từ cửa hầm tới bãi thải 750m

- Phá vỡ đất đá bằng phương pháp nổ mìn tạo biên, thuốc nổ P3151 (hoặc P113),kíp vi sai phi điện

- Kết cấu chống cố định: vỏ BTCT liền khối dày 21cm M300

- Đường hầm đào qua đá có hệ số kiên cố f = 9, RQD = 85, RMR = 80, γ = 2,56 T/

m3, lưu lượng nước Q = 9,5 m3/ngày-đêm Tốc độ đào theo yêu cầu v = 105m/tháng; tốc độ đổ vỏ bê tông 90 m/tháng

Sau một thời gian tìm hiểu, em đã hoàn thành bản đồ án môn học này Do kiến thứccòn hạn chế nên không tránh khỏi sai sót Rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô và cácbạn.

Cuối cùng em xin cảm ơn thầy giáo TS Đặng Trung Thành đã hướng dẫn em hoànthành đồ án này

Hà Nội, ngày… tháng… năm 2016

Sinh viên

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH NGẦM CẦN THI CÔNG 8

CHƯƠNG I: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG 8

1.1 Thông số và yêu cầu thiết kế công trình ngầm cần thi công 8

1.2 Yêu cầu nội dung 8

1.3 Điều kiện địa cơ học khu vực bố trí công trình 9

1.4 Hình dạng, kích thước và tiết diện ngang của công trình cần thi công 9

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN KẾT CẤU CHỐNG CÔNG TRÌNH NGẦM 11

2.1 Đánh giá mức độ ổn định không chống của công trình ngầm 11

2.2 Tính toán kết cấu chống tạm cho công trình 20

PHẦN II: THIẾT KẾ TỔ CHỨC THI CÔNG 28

CHƯƠNG III: SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ THI CÔNG, THIẾT BỊ THI CÔNG 28

3.1 Sơ đồ thi công 28

3.2 Sơ đồ đào phá đất đá trên gương 30

3.3 Sơ đồ công nghệ thi công 30

3.4 Lựa chọn thuốc nổ và phương tiện gây nổ 30

3.5 Lựa chọn thiết bị khoan lỗ mìn 31

3.6 Lựa chọn thiết bị xúc bốc và vận chuyển đất đá 32

3.7 Lựa chọn thiết bị khoan lỗ neo, cắm neo 33

3.8 Lựa chọn thiết bị phun bê tông 33

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ HỘ CHIẾU, TỔ CHỨC THI CÔNG KHOAN NỔ MÌN PHÁ VỠ ĐẤT ĐÁ 34

4.1 Tổng quan về phương pháp nổ mìn tạo biên 34

4.2 Tính toán các thông số khoan nổ mìn 35

4.3 Thiết kế sơ đồ nổ ( sơ đồ bố trí lỗ mìn trên gương) 36

4.4 Hộ chiếu khoan nổ mìn 50

4.5 Tổ chức công tác khoan nổ mìn 53

CHƯƠNG V: CÁC CÔNG TÁC PHỤC VỤ THI CÔNG 55

5.1 Thông gió và đưa gương vào trạng thái an toàn 55

5.2 Vận chuyển và xúc bốc đất đá 59

5.3 Công tác thoát nước 62

5.4 Công tác chiếu sáng 62

5.5 Công tác cấp điện 62

5.6 Công tác thông tin liên lạc 63

5.7 Công tác trắc địa 63

5.8 Công tác lắp đặt dây cáp 63

CHƯƠNG VI: THI CÔNG KẾT CẤU CHỐNG TẠM 64

6.1 Thi công kết cấu vì neo 64

6.2 Thời gian lắp đặt neo 64

6.3 Thi công vỏ bê tông phun 66

6.4 Tính toán khối lượng công tác phun 67

6.5 Tổ chức chu kỳ đào chống tạm 68

CHƯƠNG VII: THI CÔNG KẾT CẤU CHỐNG CỐ ĐỊNH 72

7.1 Thi công tấm ngăn nước 72

7.2 Trình tự đổ vỏ bê tông 72

7.3 Bảo dưỡng bê tông 72

7.4 Phụt vữa lấp đầy 73

7.5 Biện pháp an toàn 73

7.5 Tổ chức chu kỳ chống cố định 73 CHƯƠNG VIII: CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT 79 8.1 Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật 79

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH NGẦM CẦN THI CÔNG

CHƯƠNG I: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG

1.1 Thông số và yêu cầu thiết kế công trình ngầm cần thi công

Thiết kế thi công đường hầm ở độ sâu 275m với các thông số và yêu cầu:

- Đường hầm đào từ cửa hầm theo hướng dốc lên, độ dốc 5‰

- Đường hầm hình vòm 1 tâm tường thẳng với kích thước tiết diện ngang sử dụng(bên trong vỏ chống): bán kính vòm R = 4,5m và chiều cao tường H = 3,3m

- Khoảng cách từ gương tới cửa hầm L = 650m, từ cửa hầm tới bãi thải 750m

- Phá vỡ đất đá bằng phương pháp nổ mìn tạo biên, thuốc nổ P3151 (hoặc P113),kíp vi sai phi điện

- Kết cấu chống cố định: vỏ BTCT liền khối dày 21cm M300

- Đường hầm đào qua đá có hệ số kiên cố f = 9, RQD = 85, RMR = 80, γ = 2,56 T/

m3, lưu lượng nước Q = 9,5 m3/ngày-đêm Tốc độ đào theo yêu cầu v = 105m/tháng; tốc độ đổ vỏ bê tông 90 m/tháng

1.2 Yêu cầu nội dung

a) Lựa chọn sơ đồ công nghệ thi công, thiết bị thi công

b) Đánh giá mức độ ổn định không chống của đường hầm, từ đó làm cơ sở lựa chọn cho

sơ đồ đào và tổ chức thi công đào và chống tạm, chọn chiều dài tiến gương hợp lý;Lựa chọn sơ bộ kết cấu chống tạm theo chỉ dẫn của Bieniawski (RMR) hoặc các chỉdẫn khác; tính toán kết cấu chống tạm bằng giải tích; từ đó so sánh và lựa chọn biệnpháp chống tạm thích hợp

c) Thiếu kế hộ chiếu, tổ chức thi công khoan nổ mìn phá vỡ đất đá

d) Tính toán các công tác phụ phục vụ thi công: xúc bốc, vận tải, thông gió, cấp nước,thoát nước

e) Tổ chức thi công kết cấu chống tạm

f) Tổ chức thi công kết cấu chống cố định

g) Lập biểu đồ tổ chức chu kỳ đào-chống tạm, chống cố định

h) Lập dự toán đào chống tạm và chống cố định 1m đường hầm

1.3 Điều kiện địa cơ học khu vực bố trí công trình

- Đường hầm đào trong đá có hệ số kiên cố f = 9, RQD = 85, RMR = 80, γ = 2,56 T/

m3, lưu lượng nước Q = 9,5 m3/ngày-đêm Tốc độ đào theo yêu cầu v = 105 m/tháng; tốc độ

đổ vỏ bê tông 90 m/tháng

1.4 Hình dạng, kích thước và tiết diện ngang của công trình cần thi công

 Hình dạng của đường hầm:

- Đường hầm cần thi công có dạng hình vòm một tâm tường thẳng

 Kích thước sử dụng của đường hầm:

- Chiều cao tường Ht = 3,3m;

 Kích thước đào của đường hầm: Lựa chọn sơ bộ ban đầu

- Chiều cao tường Ht = 3,3m;

- Chiều rộng của công trình khi khai đào:

Bd = B + 2.dt + 2.dcd + 2.∆; mTrong đó: B - là chiều rộng đường hầm

dt - là chiều dày vỏ chống bê tông phun, chọn bằng 5 cm;

dcd - là chiều dày vỏ chống cố định, dcd = 31 cm;

∆ - là chuyển vị của đường hầm; chọn bằng 5 cm;

=> Bd = 9 + 2.0,05 + 2.0,31 + 2.0,05 = 9,82 (m)

- Bán kính vòm:

Rv = R + dt + dcd + ∆ = 4,5 + 0,05 + 0,31 + 0,05 = 4,91 (m)

- Diện tích đào ra:

Sd = π2 R v2+H t B d = 3,142 4,912 + 3,3 9,82 = 70,275 (m2)

Hình 1.1 Tiết diện ngang của đường hầm

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN KẾT CẤU CHỐNG CÔNG TRÌNH NGẦM

2.1 Đánh giá mức độ ổn định không chống của công trình ngầm

2.1.1 Đánh giá theo phương pháp phân loại khối đá của Deer ( RQD):

Theo phương pháp này, RQD là chỉ tiêu được xác định bằng tỉ số giữa tổng chiều dàicủa các thỏi khoan ≥ 100 mm trong lỗ khoan với chiều dài của lỗ khoan đó

RQD = ∑l i

L 100 ; %Trong đó: li – chiều dài của các thỏi khoan ≥ 100 mm

L – chiều dài lỗ khoan, mmBảng 2.1 Mối liên hệ giữa giá trị RQD và chất lượng khối đá ( Deere, 1968)

=> Với RQD = 85 thì công trình ngầm được đào qua khối đá rất tốt, cứng vững.

2.1.2 Đánh giá theo phương pháp phân loại khối đá của Bienawski (RMR)

Theo quan điểm của Bieniawski, ông phân loại khối đá theo RMR (Rock MassRating) có chú ý tới 6 điểm khác nhau trong khối đá và được xác định bằng công thức thựcnghiệm:

RMR = I1 + I2 + I3 + I4 + I5 + I6 Trong đó:

I1 - tham số xét đến độ bền nén đơn trục của khối đá;

I2 - tham số thể hiện lượng thu hồi lõi khoan RQD;

I3 - tham số thể hiện khoảng cách giữa các khe nứt;

I4 - tham số thể hiện trạng thái của các khe nứt;

I5 - tham số thể hiện điều kiện ngậm nước của đá;

I6 - tham số thể hiện mối tương quan giữa thế nằm và hướng của đá

Bảng 2.2 Đặc trưng của 6 tham số điểm theo Bienawski

Độ bền nénđơn trục

>200MN/m2

100-200MN/m2

50-100MN/m2

25-50MN/m2

10-25, 3-10,1-3

Bề mặt nhám nhẹ,cứng, độ

Bề mặtnhámnhẹ,

Bề mặtnhámtrơn, độ

Chất lấpnhét mềm

có độ mở

xuyênsuốt,khôngchất lấpnhét

1-> 5mm, khenứt xuyênsuốt

Không có nước chảy <25

l/phút

25-125 l/

phút

>125l/phút

Áp lực nước/

ứng suất lớnnhất

Không 0,0-0,2 0,2-0, 5 > 0,5

Trạng tháichung Hoàn toàn khô ráo Ẩm ướt

Nước với

áp lựcnhỏ

Xử lý nướckhó khăn

Tươngđối tốt

Khôngthuận lợi

Rất khôngthuận lợi

Hình 2.1 Mối liên hệ giữa giá trị RMR với thời gian ổn định không chống

Hình 2.2 Sơ đồ lựa chọn loại hình kết cấu chống hợp lý cho công trình ngầm theo

Cumming & Kendorski, 1982

Bảng 2.3 Hướng dẫn cho việc đào hầm và kết cấu chống giữ cho đường hầm trong đá chiềurộng 10m, với hệ thống phân loại RMR (Bienawski, 1989)

Các neo (đường kính 20mm, phụt đầy vữa)

Neo điểm, cácneo trên nóc dài3m, khoảngcách 2,5m thỉnhthoảng có thêmlưới thép

50mm ở vòmnơi được yêucầu

Chống cố địnhsau 10m

Hệ thống neodài 4m, khoảngcách 1,5-2m ởnóc và hai bêntường với lướithép ở nóc

50 – 100mmtrên nóc và30mm ở hai bêntường

Hệ thống neodào 4-5m,khoảng cáchneo 1-1,5m ở n

óc và hay bêntường với lướithép

100-150mm ởnóc và 100mm

ở hai bên tường

Các khung thépnhẹ đến trungbình khoảngcách 1,5m tùytheo yêu cầu

V - Đá rất yếu

RMR: < 20

Các lò thăm dòtiến độ nóc 0,5-1,5m Lắp đặtkết cấu chốngcùng quá trìnhkhai đào, 10msau gương đào

Hệ thống neodài 5-6m,khoảng cáchneo 1-1,5m ởnóc và hai bêntường với lướithép Có neovòm ngược

150-200mm ởtrên nóc,150mm ở bêntường và 50mmtrên bề mặtgương

Các khung thép

từ trung bìnhđến nặngkhoảng cách0,75m, có vòmngược

=> Với RMR = 80, chiều rộng công trình B = 9m thì công trình ngầm nằm trong lớp đất đátốt Với thời gian ổn định không chống vào khoảng 105 giờ Có thể sử dụng kết cấu chốngtạm bằng neo đơn chiếc kết hợp với bê tông phun.

2.1.3 Phân tích sự ổn định của đường hầm cần thi công theo phương pháp phần tử hữu hạn bằng phần mềm Phase 2

Phase2 là phần mềm được viết trên cơ sở phương pháp phần tử hữu hạn, có thể sửdụng để phân tích ổn định (ứng suất, biến dạng, hệ số an toàn,….) của công trình ngầm thicông trong khối đấy đá, các công trình thi côn trên bề mặt khối đất đá như các mỏ lộ thiên,các bờ dốc,…

Việc sử dụng phần mềm Phase2 trong đồ án này nhằm mục đích phân tích sự ổn địnhcủa đường hầm chưa lắp kết cấu chống sau khi đào Từ đó lựa chọn sơ đồ đào phá đất đátrên gương một cách hợp lý để nâng cao năng suất, giảm thời gian chết, giảm thời gian chu

kỳ thi công,…

Đầu tiên ta xác định các tham số của khối đá bằng chương trình RocLab dựa trên cơ

sở tiêu chuẩn phá hủy Hoek-Brown Kết quả của RocLab sẽ làm dữ liệu đầu vào cho cácphần mềm khác

Hình 2.3 Các thông số cơ học của khối đá bằng chương trình RocLab

Ta thiết lập mô hình cho đường hầm trong phần mềm Phase2 như sau:

Hình 2.4 Mô hình bài toán trong Phase2 theo giả thuyếtNhập dữ liệu cho khối đá xung quanh công trình ngầm thông qua kết quả RocLab đãchạy ban đầu như sau:

Hình 2.5 Nhập tham số tính toán qua kết quả phần mềm RocLab vào trong Phase2Sau khi thiết lập mô hình và đưa các tham số phân tích vào trong mô hình, tiến hànhchạy bằng chương trình để rút ra kết quả phân tích cho đường hầm chưa được chống giữ.Kết quả sau khi rút ra như sau:

Hình 2.6 Kết quả sự phân bố ứng suất σ1 xung quanh đường hầm khi chưa có kết cấu chống

Hình 2.7 Kết quả sự phân bố ứng suất σ3 xung quanh đường hầm khi chưa có kết cấu chống

Hình 2.8 Kết quả chuyển vị ngang của đường hầm

Hình 2.9 Kết quả chuyển vị thẳng đứng của đường hầm

=> Với các kết quả như trên, ta thấy sự phân bố ứng suất σ1 và σ3 có giá trị tương đốinhỏ, chuyển vị ngang và thẳng đứng sau khi đào đường hầm rất nhỏ, giá trị lớn nhất củachuyển vị ngang là 5 mm và chuyển vị thẳng đứng là 6 mm Do vậy đường hầm tương đối

ổn định sau khi đào và có thể đào toàn tiết diện nếu có các trang thiết bị thi công có thể thicông được đường hầm

2.2 Tính toán kết cấu chống tạm cho công trình

Vì đường hầm đào qua đất đá tương đối cứng vững, tuy nhiên nó vẫn tồn tại các khenứt, vi khe nứt Sau khi nổ mìn thì rất có thể vi khe nứt sẽ trở thành khe nứt, các khe nứt trởthành hệ khe nứt sẽ tạo thành các khối nêm trượt lở vào công trình ngầm Để xác định vị trí

và thông số của khối nêm một cách chính xác nhất, trong đồ án này em xin phép sử dụngphần mềm Unwedge Đây là phần mềm sử dụng để phân tích các khối nêm xung quanh cáccông trình ngầm đào trong đá cứng, với giả thiết các hệ khe nứt liên tục và ứng suất khônggây ra phá hủy Giả thiết sự dịch chuyển chỉ xảy ra trên các mặt khe nứt và sự dịch chuyểncủa các khối nêm được coi như cứng, không có biến dạng hoặc phá hủy bên trong khối nêm

Đầu tiên, ta thiết lập mô hình tính toán cho đường hầm bằng phần mềm Unwedge nhưsau:

Hình 2.10 Mô hình bài toán trong Unwedge theo giả thiếtTiếp theo ta nhập các tham số của khối đá xung quanh công trình ngầm bằng kết quảcủa phần mềm RocLab đã có ở trên cho phần mềm Unwedge như sau:

Hình 2.11 Tham số của các khe nứt

Hình 2.12 Mô phỏng góc dốc và phương vị của khe nứtSau đó chạy phần mềm xuất ra kết quả hình thành các khối nêm có khả năng trượt lởvào công trình ngầm như sau:

Hình 2.13 Các khối nêm xung quanh đường hầm

Hình 2.14 Thông số từng khối nêm

Ta nhận thấy từ kết quả trên, các khối nêm số 1, 3, 6, 7 đều đã ổn định ( FS > 1,5).Tuy nhiên khối nêm số 8 ở phía nóc có hệ số FS = 1,289 < 1,5 nên có nguy cơ trượt lở vàocông trình ngầm Do vậy ta sẽ thiết kế gia cố bằng neo theo nguyên lý treo chốt để giữ ổnđịnh cho khối nêm này

Giả sử các khối nêm hình thành dọc trên suốt chiều dài thi công của đường hầm Khi

đó sẽ hình thành một lăng trụ sập lở ở nóc đường hầm Ta có sơ đồ mô phỏng các mặt cắtcủa khối lăng trụ như sau:

Hình 2.15 Mặt cắt ngang đường hầm với các khối lăng trụ sập lở

Ta thấy bề rộng cung ^AB chính là chiều rộng của khối nêm số 8 Chiều dài cung ^AB

được tính bằng công thức: ^AB = π R v n

180 ; mTrong đó: Rv - bán kính đường hầm; Rv = 4,91 m

n - góc của cung cần tính; n = 102o

^AB = π R v n

180 = 3,14 4,91 102180 = 8,74 (m)

2.2.1 Tính toán kết cấu chống bằng vì neo

Ta tính toán kết cấu chống vì neo theo nguyên lý treo chốt Các thông số về neo và bêtông dính kết được chọn như sau:

Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật của neo và bê tông dính kết

ST

3 Cường độ chịu kéo tính toán Ra kG/cm2 3600

4 Diện tích tiết diện ngang cốt thép Fa cm2 3,14

2.2.1.1 Tính toán chiều dài neo

Chiều dài neo được tính toán theo neo chính giữa khối nêm số 8 Do vậy chiều dàineo được xác định bằng công thức:

lneo = lnêm + lz + lk; mTrong đó: lnêm - Chiều cao khối nêm số 8; lnêm = 1,8 m

lz - Chiều dài neo cắm vào đất đá cứng vững;

Ta có lz được tính bằng công thức: lz = π d N

a τ a; mVới da - là đường kính cốt thép làm neo; da = 0,02 m

τ a - Lực dính kết giữa neo và bê tông dính kết, với bê tông M300 và cốtthép làm neo ∅20 có gờ xoắn thì τ a = 350 (T/cm2)

N - Khả năng mang tải của neo được tính bằng công thức:

=> Chọn chiều dài neo lneo = 2,5 m

2.2.1.2 Khả năng mang tải của neo

a, Tính toán khả năng mang tải của cốt neo từ các điều kiện bền và phá hủy

P1 = F a R a m; TTrong đó: Fa, Ra - là tiết diện ngang và cường độ chịu kéo tính toán của cốt neo

m - hệ số điều kiện làm việc của cốt neo, lấy m = 0,9.

=> P1 = 3,14 * 3600 * 0,9 = 10,179 (T)

b, Tính toán khả năng mang tải của neo từ điều kiện bền gia cố của chúng trong bêtông hay vữa chất dẻo

P2 = π d a τ1.l z k1 m1; TTrong đó: k1 - là hệ số hiệu chỉnh trên chiều dài phần neo làm việc dính kết, với chiềudài lz = 0,51 (m) thì ta chọn k1 = 0,55

m1 - là hệ số điều kiện làm việc của tấm đêm, m1 = 0,7

τ1 - là lực dính kết đơn vị của thép trong bê tông; τ1 = 600 (T/m2)

=> P2 = 3,14 2 60 51 0,55 0,7 = 7,464 (T)

c, Tính toán khả năng mang tải của neo từ điều kiện trượt trên tường lỗ khoan

P3 = π d neo τ2 l z m1; TTrong đó: τ2 - là lực dính kết đơn vị của bê tông với khối đá; τ1 = (400 T/m2)

=> P3 = 3,14 4,2 40 51 0,7 = 18,832 (T)

=> Khả năng chịu tải của neo bằng:

Pneo = min {P1;P2; P3} = min{10,179 ;7,464 ;18,832} = 7,464 (T)

2.2.1.3 Tính toán mật độ neo

Mật độ neo được tính toán theo khả năng mang tải:

a = √ P n

γ L nêm k; mTrong đó: γ - là trọng lượng riêng của đất đá, γ = 2,56 T/m3

k - là hệ số vượt tải, k = 1,2

2.2.2 Tính toán kết cấu chống bằng bê tông phun

Theo giáo sư Moscow, chiều dày vỏ bê tông phun được tính toán theo công thức:

δ = k a √ q n

m R k; mTrong đó: k - hệ số nói đến sự kết hợp giữa bê tông phun và neo; k = 0,25

a - mật độ neo; a = 1,1 (m)

qn - áp lực phía nóc, ở đây chỉ tính áp lực của khối nêm số 8 tác dụng lêncông trình Ta có qn = lnêm = 2,56 1,8 = 4,61 (T/m2)

m - hệ số điều kiện làm việc của bê tông phun; m = 0,9

Rk - độ bền kéo của bê tông phun, lấy bằng 1,5 ÷ 2 lần bê tông thường Ta

Hình 2.16 Sơ đồ bố trí chống tạm cho đường hầm

HỘ CHIẾU CHỐNG CỐ ĐỊNH

Hình 2.17 Sơ đồ bố trí chống cố định cho đường hầm

CHƯƠNG III: SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ THI CÔNG, THIẾT BỊ THI CÔNG

3.1 Sơ đồ thi công

Hiện nay có rất nhiều cách phân loại các sơ đồ thi công đường hầm khác nhau Tuynhiên sau khi tổng hợp lại thì đặc điểm quan trọng nhất để phân loại các sơ đồ thi côngđường hầm là trình tự hoàn thành hai công việc chính trong một chu kỳ thi công đường hầm,

đó là: công tác đào, chống tạm thời (nếu có) và công tác chống cố định Trên cơ sở mối quan

hệ giữa hai công việc chủ yếu trên, người ta chia các sơ đồ thi công đường hầm thành:

- Sơ đồ thi công nối tiếp

- Sơ đồ thi công song song

- Sơ đồ thi công phối hợp

3.1.1 Sơ đồ thi công nối tiếp

Trong sơ đồ thi công nối tiếp được tùy thuộc vào chiều dài đường hầm và đặc tính ổnđịnh của đất đá mà người ta chia ra làm một trong hai sơ đồ sau: Sơ đồ thi công nối tiếp toànphần và sơ đồ thi công nối tiếp từng phần

- Sơ đồ thi công nối tiếp toàn phần:

Trong sơ đồ này, đường hầm được đào và chống tạm cho đến hết chiều dài đườnghầm theo thiết kế Sau đó, người ta mới tiến hành chống cố định cho đường hầm Sơ đồ nàyđược sử dụng để đào các đường hầm có diện tích tiết diện ngang nhỏ, chiều dài ngắn, trongcác lớp đất đá có độ cứng vững lớn, thời gian ổn định không chống lâu dài để đảm bàođường hầm không bị mất ổn định trong suốt thời gian đào chống tạm cho đến khi chống cốđịnh cho đường hầm

- Sơ đồ thi công nối tiếp từng phần:

Trong sơ đồ thi công này, đường hầm được phân chia thành từng đoạn nhỏ Chiều dàimỗi đoạn có thể chọn bằng 20 - 30m tùy thuộc vào mức độ ổn định của khối đá xung quanhđường hầm mà chiều dài mỗi đoạn có thể thay đổi

tiên đào hầm và chống tạm thời cho đến hết chiều dài của đoạn thứ nhất Sau đó đào vàchống tạm thời một phần chiều dài của đoạn thứ hai (hoặc đến hết đoạn thứ hai) tiếp đến thìngười ta dừng công tác đào chống tạm tại gương và quay lại chống cố định đoạn thứ nhất.Sau đó, người ta tiếp tục đào và chống tạm thời hết đoạn thứ hai và một phần đoạn thứ ba(hoặc hết đoạn thứ ba) thì dừng gương đào và tiến hành chống cố định cho đoạn hầm thứhai Với trình tự như vậy người ta sẽ tiến hành thi công toàn bộ chiều dài đường hầm.

Sơ đồ này được sử dụng để đào các đường hầm có diện tích tiết diện ngang nhỏnhưng có chiều dài lớn Trong trường hợp này không nên áp dụng sơ đồ nối tiếp toàn phần,bởi vì khung chống tạm hoặc các kết cấu chống tạm thời khác sẽ bị hỏng hoặc phá hủy,đường hầm sẽ bị biến dạng và cần thiết phải chống cố định ngay

3.1.2 Sơ đồ thi công song song

Trong sơ đồ này, công tác đào chống tạm thời tại gương được tiến hành đồng thời vớicông tác chống cố định cách gương một khoảng cách nào đó Khoảng cách này được chọnsao cho các thiết bị xúc bốc, vận chuyển trong gương không gây ảnh hưởng tới công tácchống cố định phía ngoài Ngoài ra, độ ổn định của khối đá xung quanh cũng gây ảnh hưởngtới khoảng cách này Trong trường hợp đất đá ổn định thì khoảng cách này lớn hơn so vớitrong khối đá kém ổn định Thực tế cho thấy công tác đào, chống tạm trong gương và chống

cố định có ảnh hưởng lẫn nhau ở mức độ không lớn Ví dụ, trong thời gian nạp, nổ mìn tronggương thì đội thợ chống cố định phải ngừng nghỉ

Sơ đồ thi công song song có khả năng rút ngắn thời gian thi công các đường hầm sovới sơ đồ nối tiếp Vì vậy, sơ đồ này được sử dụng rộng rãi để thi công các đường hầm cóchiều dài và tiết diện ngang lớn Tuy nhiên, sơ đồ thi công này cũng đòi hỏi mức độ đầu tưcao, trình độ tổ chức thi công tốt

3.1.3 Sơ đồ thi công phối hợp

Trong sơ đồ thi công này, tất cả các công tác đào, chống tạm thời (nếu cần thiết) vàchống cố định được tiến hành ngày trong một chu kỳ công tác Sơ đồ này thường được sửdụng để xây dựng các đường hầm cơ bản hoặc hầm chuẩn bị, chúng được chống cố địnhbằng khung chống gỗ, kim loại, bê tông cốt thép lắp ghép, vì neo, bê tông phun,… Sơ đồ này

thi công vỏ chống cố định (bê tông, gạch đá,…) ngay sau mỗi lần phá đất đá trong gương.

=> Với chiều rộng khai đào của hầm Bd = 9,82 m, bán kính đào hầm Rv = 4,91 m,diện tích tiết diện ngang hầm Sd = 70,275 m2, tốc độ đào hầm v = 105 m/tháng, tốc độ đổ bêtông 90 m/tháng, f = 9 thì ta lựa chọn sơ đồ thi công nối tiếp từng phần

3.2 Sơ đồ đào phá đất đá trên gương

Tùy theo điều kiện địa chất, tính chất cơ lý của đất đá, thiết bị thi công hiện có, cũngnhư diện tích tiết diện ngang gương đào mà người ta có thể tiến hành đào gương theo toàntiết diện hoặc chia gương đào thành dạng bậc thang hoặc các dạng khác để thi công đườnghầm Trong ngành mỏ, các đường hầm cơ bản thường được đào toàn tiết diện, còn trong xâydựng các công trình ngầm, một số hạng mục công trình lớn như gian máy, gian biến thể,…thường được thi công theo phương pháp chia gương

=> Với kết quả của phần mềm Phase2 như trên cho ta thấy chuyển vị ở biên đườnghầm sau khi đào là rất nhỏ < 6 mm, ứng suất tại biên đường hầm nhỏ do đó có thể đào toàntiết diện

3.3 Sơ đồ công nghệ thi công

Ta lựa chọn sơ đồ công nghệ thi công như sau: Máy khoan Tamrock Axera 8, máyxúc lật TORO-9, ô tô vận tải VOLVO A E25, máy khoan cắm neo Cabletec LC, máy phun

bê tông Aliva 263

3.4 Lựa chọn thuốc nổ và phương tiện gây nổ

6 Độ nhạy va đập % 0

3.4.2 Lựa chọn phương tiện gây nổ

Ta sử dụng kíp vi sai phi điện với các đặc tính kỹ thuật sau:

Bảng 3.2 Đặc tính kỹ thuật của kíp vi sai phi điện

3.5 Lựa chọn thiết bị khoan lỗ mìn

Ta sử dụng xe khoan tự hành Rocket Boomer 352-1838 cho đường hầm cần thi công

có tiết diện Sd = 70,275 m2 với các thông số kỹ thuật như sau:

Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật của máy khoan Rocket Boomer 352-1838

ST

3 Kích thước đường hầm tối (cao x rộng) m 8,2x12,9

II, Khối lượng

4 Khối lượng tại trục trước (khi không tải) kg 10300

5 Khối lượng tại trục sau (khi không tải) kg 12500

6 Khối lượng tại trục trước (khi có tải) kg 24600

7 Khối lượng tại trục sau (khi có tải) kg 7800

III, Động cơ Điesel

Ta vận tải bằng ô tô loại VOLVO A 25E với thông số kỹ thuật như sau:

Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật xe ô tô VOLVO A 25E

3.7 Lựa chọn thiết bị khoan lỗ neo, cắm neo

Với chiều cao hầm bằng 8,21m thì ta lựa chọn máy khoan cắm neo Cabletec LC vớithông số kỹ thuật như sau:

Bảng 3.6 Thông số kỹ thuật của máy khoan cắm neo Cabletec LC

3.8 Lựa chọn thiết bị phun bê tông

Ta sử dụng máy phun bê tông Aliva 263 với thông số kỹ thuật sau:

Bảng 3.7 Thông số kỹ thuật máy phun bê tông Aliva 263

ST

PHÁ VỠ ĐẤT ĐÁ 4.1 Tổng quan về phương pháp nổ mìn tạo biên

Phương pháp nổ mìn tạo biên thực chất là phương pháp nổ mìn vi sai, nhưng có chú ýđến việc cắt ra đường biên theo thiết kế bằng cách làm giảm lượng thuốc nạp trong nhóm lỗmìn biên, phân bố đều năng lượng nổ để tăng hiệu quả đập vỡ đất đá và giảm chấn động chokhối đá xung quanh đường hầm Có thể nổ mìn tạo biên bằng các cách sau:

- Sử dụng lỗ khoan đường kính nhỏ, thỏi thuốc đường kính nhỏ, giảm khoảng cáchgiữa các lỗ mìn biên

- Sử dụng lỗ khoan và thỏi thuốc thông thường, nạp phân đoạn mà không giảmkhoảng cách giữa các lỗ biên

- Sử dụng lỗ khoan và thỏi thuốc thông thường nạp cách quãng (nạp 1 lỗ bỏ 1 lỗ)

- Nổ hàng biên ngoài tạo khe trước

* Ưu điểm của phương pháp nổ mìn tạo biên:

- Hạn chế nổ lẹm, nổ thừa tiết diện

- Giảm thiểu áp lực gây tơi rời khối đá, giảm chấn động gây biến dạng, nứt nẻ của đất

đá xung quanh biên lò

- Giảm lượng bê tông hoặc bê tông phun phải tăng thêm cho vỏ chống

- Tạo hệ số cản khí động học (ma sát) không lớn khi không có vỏ chống

- Tiết kiệm thời gian vào việc tẩy, cạy om

- Có thể tăng tiến độ nổ trong khối đá ít cứng rắn

- Giảm chi phí chống giữ chung

- Hạn chế nguy hiểm do đá rơi

* Nhược điểm:

- Tăng chi phí thuốc nổ và kíp nổ

- Nhiều khi phải dùng các loại thỏi thuốc nổ với đường kính khác nhau

- Cần thiết phải khoan chính xác

- Tốn nhiều thời gian hơn

4.2 Tính toán các thông số khoan nổ mìn

4.2.1 Đường kính thỏi thuốc

Với thuốc nổ P113, ta sử dụng 3 dạng sau tùy thuộc vào từng loại lỗ khoan:

Với thỏi thuốc có đường kính như trên Ta chọn đường kính lỗ khoan dlk = 42 mm

4.2.3 Xác định chiều sâu lỗ khoan

Ta có chiều sâu lỗ khoan trung bình được lựa chọn tính toán theo yêu cầu về tốc độ đào:

Ltb = V th T ck

T (25 ÷ 30)η; mTrong đó: Ltb - là chiều dài lỗ khoan trung bình; m

Vth - tốc độ đào hầm theo yêu cầu của chủ đầu tư; Vth = 105 m/tháng

Tck - thời gian của một chu kỳ đào; ước tính Tck = 24 giờ

T - thời gian làm việc trong ngày; T = 24h (25÷30) - là số ngày làm việc trong một tháng; chọn 30 ngày

η - hệ số sử dụng lỗ mìn; chọn η = 0,85

Ltb = T (25 ÷ 30)η V th T ck = 24 30 0,85 105 16 = 2,75 (m)

=> Chọn chiều sâu lỗ khoan trung bình Ltb = 2,8 (m)

Vậy chiều dài lỗ mìn của các nhóm đột phá, phá, tạo biên, tạo nền được chọn nhưsau:

+ Nhóm lỗ mìn đột phá: Khoan thẳng môt góc 90o và dài hơn lỗ khoan trung bình100-300mm => Ldp = Ltb + 0,2 = 3 (m)

+ Nhóm lỗ mìn phá: Khoan thẳng một góc 90o và có chiều dài bằng chiều sâu lỗkhoan trung bình => Lp = 2,8 (m)

+ Nhóm lỗ mìn tạo nền: Khoan nghiêng ra ngoài công trình một góc 85o và có chiều

dài bằng Ln = L tb

sin(5o) = 2,8

sin(85o) = 2,82 (m)+ Nhóm lỗ mìn tạo biên: Khoan nghiêng ra ngoài công trình một góc 85o và có chiều

10242

121 = 0,66 (kg/m)

- Mật độ nạp thuốc tiêu chuẩn của thuốc nổ P113 được cho trong bảng sau:

Bảng 4.2 Mật độ thuốc nổ tiêu chuẩn của thuốc nổ P113

=> Ta so sánh giá trị mật độ nạp thuốc tính toán với giá trị mật độ nạp thuốc tiêuchuẩn cho từng loại thỏi thuốc có đường kính khác nhau Ta nhận thấy giá trị phù hợp là loạithỏi thuốc có dtt = 25mm Do vậy ta sẽ sử dụng thỏi thuốc có đường kính dtt = 25mm cho các

lỗ khoan vòng đột phá thứ nhất

- Giá trị đường kháng lớn nhất được tính toán theo công thức sau:

+ Trường hợp sử dụng thỏi thuốc ∅25x600mm thì:

V2 = 8,8 10−2

d lk c ; mmTrong đó: γ25 - là mật độ thuốc nổ của thỏi thuốc ∅25x600mm; γ25 = 0,59 (kg/m)

=> V2 = 8,8 10−2

√0,132 0,59 1,21 0,042 0,52 = 183 (mm)+ Trường hợp sử dụng thỏi thuốc ∅32x600mm thì:

V2 = 8,8 10 √ d lk c ; mmTrong đó: γ32 - là mật độ thuốc nổ của thỏi thuốc ∅32x600mm; γ32 = 0,97 (kg/m)

=> V2 = 8,8 10−2

√0,132 0,97 1,21 0,042 0,52 = 234 (mm)+ Trường hợp sử dụng thỏi thuốc ∅38x600mm thì:

V2 = 8,8 10−2

d lk c ; mmTrong đó: γ38 - là mật độ thuốc nổ của thỏi thuốc ∅38x600mm; γ32 = 1,36 (kg/m)

=> V2 = 8,8 10−2

√0,132 1,36 1,21 0,042 0,52 = 278 (mm)Với ba trường hợp trên, đường kháng thực tế phải nhỏ hơn 2B1' tức là < 264 (mm) Do

đó ta có thể sử dụng thỏi thuốc ∅38x600mm là phù hợp nhất cho vòng đột phá này