chương 2 mặt băng, mặt cắt ngang và cắt dọc của đường hầm giao thông

Với hầm đường sắt, metroViệc bố trí mặt bằng hầm được xác định theo thiết kế củatuyến bên ngoài nối liền với hầm và phải thoả mãn những yêucầu qui định về kỹ thuật trong quá trình sử dụn

Chương II: mặt bằng, mặt cắt ngang

và cắt dọc của đường hầm giao thông

2.1 đặc điểm của mặt bằng, mặt cắt ngang và cắt dọc công trình hầm

Hầm giao thông là một bộ phận của tuyến đường Vì thế,bình đồ và trắc dọc của hầm cùng phải được thiết kế theo nhữngtiêu chuẩn chung của tuyến đường có xét đến các đặc điểm khi

đi ngầm

Trong qui hoạch xây dựng công trình ngầm, cần xem xét rấtnhiều các điều kiên, yếu tố cụ thể khác nhau của vị trí xây dựng

nhưng việc lựa chọn cấu tạo và hình thái hợp lý của công trình làcông việc cơ bản và quan trọng nhất.

2.1.1 Mặt bằng

Mặt bằng của công trình hầm có thể bố trí thẳng, cong hoặcmột phần bố trí cong, phần còn lại bố trí thẳng Về nguyên tắc,khi qui hoạch các tuyến hầm, cần cố gắng bố trí tuyến là đườngthẳng thì chiều dài công trình là ngắn nhất, kích thước tiết diệnnhỏ nhất, thi công dễ và vận hành thuận tiện Tuy nhiên, trongthực tế, không phải lúc nào cũng đạt được điều này

2.1.1.1 Với hầm đường sắt, metro

Việc bố trí mặt bằng hầm được xác định theo thiết kế củatuyến bên ngoài nối liền với hầm và phải thoả mãn những yêucầu qui định về kỹ thuật trong quá trình sử dụng Mặt bằng củatuyến được xác định chủ yếu bởi việc xây dựng thành phố vì vịtrí của các ga và hướng của các hầm nối ga là phụ thuộc vào quihoạch thành phố

Khi tuyến đặt nông, nó thường được bố trí dọc theo các

đường trục chính của giao thông đô thị Khi tuyến đặt sâu, hướngtuyến không phụ thuộc vào việc xây dựng của thành phố mà phụthuộc chủ yếu vào vị trí các ga Hầm nối thường đi theo hướng

ngắn nhất giữa các ga Để chuyển tiếp những đoạn nối, người ta

đưa vào các đường cong

Trị số bán kính cong R bị hạn chế bởi các điều kiện khai tháctuyến, dạng đầu máy sử dụng trên tuyến Bán kính cong càngnhỏ thì đièu kiện khai thác tuyến càng bất lợi, gây khó chịu chohành khách khi tàu chạy trên các đoạn cong và chỗ quay đầu.Giá trị R của các tuyến metro ở một số thành phố lớn trên thếgiới được ví dụ trong bảng sau:

Địa điểm tuyến Bán kính cong nhỏ nhất R (m)

Để đảm bảo tàu chạy êm thuận hơn, người ta còn sử dụng các

đoạn đường cong chuyển tiếp từ phần thẳng vào phần cong củatuyến Theo qui trình của Liên Xô thì với bán kính cong nhỏ hơn

hoặc bằng 1200m, bắt buộc phải đưa vào các đoạn đường congchuyển tiếp.

Với những đoạn hầm trên đường cong, cần chú ý các đặc

2.1.1.2 Với hầm đường bộ

Mặt bằng của hầm đường bộ cũng cần thoả mãn các yêu cầuchung của tuyến lộ thiên và có thêm một số các bổ xung đặcbiệt

Hầm nên cố gắng bố trí trên đường thẳng Nếu không tránhkhỏi những đoạn cong thì cần chú ý một số đặc điểm tại các

đoạn cong:

- Do tường đứng chắn mà tầm nhìn xa bị thu hẹp so với những

đoạn cong lộ thiên

- Bề rộng của đường cần tăng lên, chiều dài đường hầm tăng

- Điều kiện thông gió bất lợi

- Giá thành xây dựng tăng, công tác cắm tuyến, thi công khó.Bán kính cong tối thiếu ở những đoạn cong trong hầm đượcxác định theo điều kiện an toàn về tầm nhìn cần thiết, điều kiện

an toàn để đảm bảo xe không bị trượt Để đảm bảo an toàn trongtrường hợp bất lợi nhất, chọn R tối thiểu là trị số lớn nhất từ haitrị số được xác định như sau:

- Theo điều kiện an toàn về tầm nhìn :

b

Với: S - khoảng cách nhìn thấy an toàn (m)

b1 - khoảng cách đến tường hầm gần nhất (m)

- Theo điều kiện an toàn của xe ở khu vực đường cong:

2 min

( )

V R

g  i



Với: V - tốc độ (m/s)

g - gia tốc trọng trường (m/s2)

- hệ số trượt (lấy từ 0,13 đến 0,16)

i - độ dốc ngang của đường

Mặt cắt dọc hầm dạng bằng phẳng

Phương án một hướng dốc thường gặp ở những hầm đườngsắt, hầm đường bộ có chiều dài không lớn lắm, hầm phục vụnhiệm vụ đặc biệt, hầm thủy lợi

Mặt cắt dọc hầm dạng một hướng dốc

Phương án hai hướng dốc có thể là dốc từ giữa hầm ra haicửa, hoặc ngược lại, hoặc có đoạn hầm bằng phẳng nối giữa haihướng dốc Thường gặp ở những hầm đường sắt, hầm đường bộ

có chiều dài lớn, hầm vượt sông, vượt qua các eo biển, khu vựcnhà ga ngầm của tuyến đường sắt, chỗ giao nhau của nhữngtuyến đường xây dựng ngầm trong đô thị, khi gặp những côngtrình ngầm khác

Mặt cắt dọc hầm dạng hai hướng dốc

2.1.2.1 Với hầm đường sắt, metro

Theo qui định kỹ thuật đối với thiết kế đường sắt, về nguyêntắc không cho phép bố trí hầm bằng phẳng Chỉ được bố trí mộtphần hầm bằng phẳng trong phạm vi 200 đến 400m Khi đó, độsâu của rãnh thoát nước được phân chia từ giữa hầm và cho dốc

về hai phía cửa hầm Chiều dài đoạn hầm bằng phẳng lớn nhấtcủa hầm được xác định từ điều kiện thoát nước bên trong hầmtheo công thức sau:

h1 - chiều sâu rãnh thoát của đoạn hầm bằng phẳng ở giữahầm (m)

h2 - chiều sâu rãnh thoát của đoạn hầm bằng phẳng ở hai đầucủa hầm (m)

i - độ dốc dọc thoát nước

Ngoài những trường hợp như vậy, tất cả các độ dốc dọc củahầm phải đảm bảo 3‰ Trong trường hợp đặc biệt, có thể lấybằng 2‰

Độ dốc tối đa cho phép trong hầm đường cong thực tế xác

định bằng công thức:

ih = mip - iek

Với: ih - độ dốc trong hầm trên đoạn cong

ip - độ dốc khống chế của tuyến đường

iek - độ dốc tương đương với sức cản trên đường cong

m - hệ số triết giảm tốc độ trong hầm, lấy theo bảng sau:

Phương án hai hướng dốc thường gặp ở những hầm có chiềudài lớn, có những ưu, nhược điểm:

- Khi thi công vận chuyển phế thải thuận lợi, thoát nước tốt

- Thông khí bất lợi, nhất là khi sử dụng đầu máy hơi nước Khí

độc hại tập trung ở đỉnh dốc, khu vực giữa hầm khó thoát

- Trở kháng của không khí đối với việc chuyển động của đoàntàu lớn làm giảm tốc độ của đoàn tàu

Phương án hầm một hướng dốc thường gặp ở những hầm cóchiều dài nhỏ có những ưu, nhược điểm như sau:

- Không có những nhược điểm của dạng hầm hai hướng dốc

- Khi thi công vận chuyển phế thải, thông gió bất lợi

- Thoát nước bất lợi trong quá trình thi công nếu tiến hành từmột cửa hầm, đặc biệt là từ phía dưới lên.

Độ dốc dọc lớn nhất trong hầm đường sắt lấy nhỏ hơn độ dốcdọc đường sắt bên ngoài hầm vì các lý do:

- Trong hầm độ ẩm cao, nước đọng trên mặt ray nhiều làm cholực ma sát giữa ray và bánh xe giảm, làm giảm lực kéo đoàntàu

- Trở kháng của không khí đối với sự vận chuyển của đoàn tàulớn, đặc biệt là đối với trường hợp dốc về 2 phía cửa hầm

- Trường hợp yêu cầu tăng lượng hàng hoá vận chuyển, rất khókhăn trong việc thay đổi làm giảm độ dốc dọc đã có

- Đặc biệt khi sử dụng đầu máy hơi nước, độ dốc dọc của hầmlớn, lượng khí độc hại của đầu máy tăng không những ảnhhưởng đến sức khỏe của hành khách và công nhân đường sắt

mà còn gây tác dụng ăn mòn phá hoại vỏ hầm

Tuy nhiên, theo qui định kỹ thuật hầm dài dưới 300m thì độdốc có thể lấy như qui định đối với đường sắt xây dựng ngoàitrời Độ dốc đối với đường sắt ở khu vực tiếp cận với đường sắttrong hầm (có độ dốc theo tiêu chuẩn trên) cũng cần giảm

Đường ôtô ngầm xây dựng ở điểm giao nhau ở đô thị thườnglàm dốc về một phía.

Độ dốc tối thiểu ở trong đường ôtô ngầm tuỳ theo chiều dài

của hầm, theo hình thái lớp phủ mặt đường, phương pháp thoátnước, thường lấy là 5‰ và trong trường hợp đặc biệt có thể lấy

là 2‰ Song độ dốc dọc này ở những hầm được xây dựng tạichỗ giao nhau của đường phố cần phải làm nhỏ vì nếu độ dốcnày lớn thì chiều sâu đào về một phía cửa hầm sẽ lớn và chiềudài của khu đất đào tiếp giáp tuyến đường dài ra

Trong trường hợp đường hầm hai hướng dốc, mặt cắt dọc ởchỗ phân chia dốc có thể lấy bằng 0 song thông thường theo điềukiện thoát nước, thường lấy bằng 2‰ Chỗ kết nối tại khu vực

có hai độ dốc khác nhau ở trong hầm cũng giống như ở bênngoài đường hầm phải được làm cong

Hình chữ nhật Hình elip

- Dạng hình tròn sử dụng thích hợp đối với những hầm đượcxây dựng trong những địa tầng đất yếu có áp lực lớn, ở nhữngnơi có chiều sâu tầng đất mỏng, những công trình có áp lựcnước tác dụng ở bên trong hoặc bên ngoài lớn, công trình

được thi công bằng phương pháp kích ép đất

- Dạng hình móng ngựa sử dụng thích hợp trong những trườnghợp có áp lực ngang là chủ yếu, được dùng nhiều trong xâydựng những tuyến đường sắt ngầm.

- Dạng tường đứng có vòm được dùng rộng rãi nhất, phổ biếntrong trường hợp xây dựng ở những tầng đất, đá rắn áp lực tácdụng không lớn Gặp nhiều trong xây dựng tuyến đường sắtngầm và các loại các công trình ngầm có nhiệm vụ đặc biệt

- Dạng hình chữ nhật được sử dụng thích hợp chủ yếu trongxây dựng những công trình có tầng đất mỏng (trong các côngtrình ngầm đặt thiết bị, khu vực giao nhau giữa tuyến hầm với

đường thành phố, những tuyến metro có lớp đất phủ mỏng )

- Dạng hình elip sử dụng chủ yếu cho xây dựng công trìnhngầm ở nơi tầng đất yếu áp lực đất tác dụng lớn Thường gặptrong xây dựng những nhà ga đường sắt ngầm, công trình vậntải thuỷ ngầm.

Không gian bên trong hầm giao thông phải đủ để phương tiệngiao thông và người qua lại, đủ bố trí các trang thiết bị đầy đủ.Vì thế, mặt cắt ngang của hầm phải thoả mãn khổ hầm qui địnhvới từng loại hình giao thông

Khổ hầm là một đường biên không cho phép bất cứ bộ phậnnào của công trình vĩnh cửu xâm nhập vào bên trong nó kể cảnhững sai lệch do đào hang và xây vỏ

Khi hầm nằm trên đường cong phải bố trí siêu cao và do đóphải mở rộng khổ hầm.

2.1.3.1 Với hầm đường sắt, metro

Đối với hầm đường sắt, khi hầm nằm trên đường cong thìphải bố trí siêu cao, do đó phải mở rộng khổ hầm Tuỳ theo tốc

độ chạy tàu, bán kính cong, độ siêu cao có thể xác định theocông thức sau:

Độ mở rộng của hầm do ảnh hưởng của siêu cao được xác

2 2 2

8

L l d

R



Độ mở rộng tổng cộng đối với hầm đường đơn là:

R được lấy rộng 7 đến 8m Về cả hai phía của đường xe chạy

đều có rải bảo vệ rộng 25cm , cao 25cm để loại trừ khả năng vachạm thùng xe vào tường của vỏ hầm Về một phía của phần xe

chạy có bố trí đường cho người đi rộng 1m có thể phục vụ cho

1000 người đi bộ trong một giờ Khi mật độ người đi bộ lớn hơnthì phải bố trí đường đi bộ ở cả hai phía với bề rộng 1m

Khi bố trí hầm trên đường cong thì phần xe chạy phải mởrộng Trị số mở rộng phụ thuộc vào bán kính cong như sau:

Bán kính cong (m) Độ mở rộng (m)

2.1.4 Cấu tạo vỏ hầm

Để bố trí công trình trong lòng đất, người ta đào sâu vào lòng

đất, tạo nên không gian ngầm gọi là hang Tuỳ theo chức năng

và nhiệm vụ của công trình, điều kiện địa chất của vị trí xâydựng công trình mà hang có thể được sử dụng với điều kiện cóhoặc không có biện pháp gia cường Những hang được bố trí vớimục đích để vận hành đều có gia cường bằng cấu tạo lớp vỏ, gọi

là vỏ hầm

Cũng giống như mặt cắt ngang của hầm, vỏ hầm cũng có cácloại hình tròn, hình móng ngựa, vòm có tường đỉnh, hình chữnhật, hình elip Việc lựa chọn hình thái vỏ hầm phải đảm bảo

khổ hầm, chiều dày và tiết diện của vỏ phải nhỏ nhất nhưng đồngthời phải đảm bảo yêu cầu chịu, đảm bảo đầy đủ không gian củacông trình theo yêu cầu Ngoài ra, việc lựa chọn cũng phải xét

đến điều kiện thuận lợi cho quá trình thi công công trình Hìnhthái tiết diện vỏ hầm chủ yếu phụ thuộc vào nhiệm vụ của côngtrình, tính chất, độ lớn của áp lực đất, điều kiện địa chất – thuỷvăn, phương pháp thi công

Hang đào trần Vỏ chỉ có phần vòm đỉnh

Vỏ có phần vòm đỉnh và tường Vỏ có vòm đỉnh, tường, vòm ngược

Có nhiều cách để phân loại vỏ hầm theo các tiêu chí khácnhau.

* Phân loại theo cấu tạo bao gồm các loại sau:

* Ph©n lo¹i theo lo¹i vËt liÖu cÊu t¹o, bao gåm:

điểm của vật liệu dùng để xây vỏ và phương pháp thi công.Trong mọi trường hợp phải cố gắng giảm diện tích tiết diệnngang hầm đến tối thiểu Khuôn trong của vỏ hầm đường sắt,metro được quyết định có xét đến các yêu cầu bố trí hệ thốngchiếu sáng, thông tin, tín hiệu, hệ thống cáp điện… Khuôn trongcủa vỏ hầm ôtô được quyết định sao cho không gian giữa vỏ hầm

và khổ hầm phải đủ bố trí các đường dẫn gió Trong hầm cũng

bố trí buồng kho, các thiết bị tương tự như đối với hầm đườngsắt



Lùa chän vá hÇm vµ h×nh d¸ng bªn khu«n trong vá hÇm

Việc lựa chọn khuôn trong của vỏ hầm phải tuân theo nhữngnguyên tắc cơ bản sau:

- Trục của vỏ hầm phải là đường cong trơn

- Khi tải trọng thẳng đứng chiếm ưu thế, vòm đỉnh phải đủ cao

và có dạng gần với đường parabol bậc hai, phần đỉnh vòmphải có độ cong lớn hơn phần dưới

- Khi vỏ chịu áp lực bên thì tường cũng nên có dạng conghướng về phía địa tầng

Hình dáng của vỏ hầm ít bị thay đổi trên suốt chiều dài hầm

để thuận lợi cho công tác ván khuôn, các thiết bị thi công Việcthay đổi hình dáng của khuôn trong là bắt buộc chỉ trong một sốtrường hợp sau:

- áp lực đất hoặc điều kiện địa chất -thuỷ văn thay đổi độtngột

- Gặp phải các đới phá hoại kiến tạo hoặc các hiện tượng trượt

địa chất

- Yếu tố kinh tế của phương án tuyến

Thông thường, càng lên cao thì độ dốc sườn núi càng tăng ởdưới chân núi, khi nâng cao độ hầm lên không lớn nhưng chiều

dài hầm có thể rút ngắn khá nhiều còn ở phần giữa núi thì điềunày thể hiện không rõ rệt Càng lên cao, độ dốc sườn núi cànglớn gây khó khăn cho việc vạch tuyến và xây dựng những đườngdẫn vào hầm, chiều dài đường dẫn cũng tăng một cách đáng kể.Ngoài ra, các yếu tố thời tiết, khí hậu cũng thay đổi, ảnh hưởnglớn đến việc thông gió tự nhiên trong hầm, đến những giải phápphụ để bảo vệ đường dẫn vào hầm.

PA2

PA1

Các yếu tố địa chất -thủy văn như các hiện tượng trượt, karst,

đất phủ, hiện tượng sói mòn đường, độ ổn định của sườn dốc có

ý nghĩa quyết định với việc lựa chọn cao độ cửa hầm Khi xuấthiện các hiện tượng trên, cần có những giải pháp đặc biệt để bảo

vệ tuyến Tuyến càng lên cao thì hiện tượng sói mòn đường càngtăng

Loại hình giao thông cũng ảnh hưởng quyết dịnh đến cao độhầm ảnh hưởng này thể hiện ở độ dốc và bán kính cong chophép đối với từng loại giao thông Cao độ hầm trên đường ôtô cóthể cao hơn so với hầm đường sắt Đối với hầm đường sắt, dùng

đầu máy điện thì hầm có thể cao hơn đầu máy nhiệt

Yếu tố kinh tế cũng là một trong những nhân tố quyết định

đến việc xác định cao độ cửa hầm vì nó liên quan đến chiều dàihầm, độ dốc trong hầm, chiều dài toàn tuyến, yêu cầu thiết bị,trình độ công nghệ thi công

Xét riêng về chỉ tiêu kinh tế, cửa hầm được bố trí ở nơi chiphí xây dựng cho 1m cửa hầm và phí xây dựng 1m tường chắn lànhư nhau Tường chắn được bố trí vuông góc với trục hầm.Tường chắn này có nhiệm vụ:

- Đảm bảo ổn định của tầng đất có trên cửa hầm

- Ngăn không cho nước mưa trần vào hầm

Khu vực cửa hầm có bố trí tường chắn

Tường chắn của cửa vào hầm thường làm bằng bêtông toànkhối hoặc lắp ghép từ các tấm bêtông, đôi khi cũng xây dựngbằng đá tự nhiên Cửa hầm thường làm nhô ra 1,5m từ mặt dốc

địa tầng trên hầm và trên bề mặt phần vỏ hầm nhô ra thường lấp

đất đầm chặt và trên đó có bố trí rãnh thoát nước

Việc tăng chiều sâu đường đào trước cửa hầm sẽ làm tăng giáthành của cửa hầm, bạt dốc đỉnh hầm và gia cố chúng Bạt dốc

đỉnh hầm cao cũng thường làm phá hoại sự ổn định của của đất

đá ở phần gần cửa và đòi hỏi tiến hành khối lượng khá lớn côngtác đất đá ở trên cao Điều đó làm xấu đi điều kiện cơ giới hoácông tác này