Thiết kế và xây dựng hầm giao thông qua núi ( thuyết minh + bản vẽ )

B mụn Cu -Hm ỏn TK&XD Hm Đồ áN MÔN HọC THIếT Kế Và XÂY DựNG HầM GIAO THÔNG QUA NúI PHầN I: ĐầU BàI ĐầU Số LIệU I. ĐầU BàI Và Sử Lý Số LIệU . - Số thứ tự : n=17.Ta có n<52, vậy theo hớng dẫn chọn loại hầm là hầm đờng ôtô hai đờng bộ hành . Ta lại có n/52=17/52=0 d 17 vậy khổ hầm thiết kế là K7,cao 4,5 m. - Ta có n/8=17/8=2 d 1 vậy theo hờng dẫn ta có sơ đồ trắc dọc hầm l à sơ đồ 1. - Ta có n=17(lẻ) do đó theo hớng dẫn chiều dài tuyến hầmlà. - Chọn dạnh địa chất. Ta có n/20=17/20=0 d 17 vậy số hiệu địa chất dùng thiết kế hầm là số 17 .Số hiệu cụ thể nh trong bảng sau. Trong đó. +f:Là kí hiệu hệ số kiên cố. +:Là dung trọng của đất. +=arctg(f): Là góc nội ma sát của đất. Dạng địa chất:n=17 Dạng địa chất Lớp phủ(m) Lớp địa chất I Lớp địa chất II LA(m) LB(m) Loại đất đá f (T/m3) Loại đất đá f (T/m3) 17 0 0 Granit 8 2,6 Alevrôlít 2,5-3 2,2 - Có n=17<60 và lẻ do đó theo hớng dẫn thiết kế và tính toán vỏ hầm tơng thẳng. Khổ hầm dùng trong thiết kế (kích thớc cm). Trn c Ba -49C1- 4210.49 Page 1 B mụn Cu -Hm ỏn TK&XD Hm II.Yêu cầu nội dung đồ án. - Lên mặt cắt dọc tuyến hầm, xác định chiều dài hầm. - Thiết kế mặt cắt vỏ hầm và mặt cắt ngang hầm. - Hầm ôtô có chiều dài L<400(m) thông gió tự nhiên . - Tính toán kết cấu vỏ hầm ứng với 1 lớp địa chất. III. Yêu cầu với thuyết minh và bản vẽ. 1. Thuyết minh. - Toàn bộ nội dung trên đợc thể hiện trên thuyết minh bằng sơ đồ tính toán kèm giải thích. - Các sơ đồ vẽ trên giấy thể hiện đúng tỉ lệ, và có kích thớc. 2. Phần bản vẽ. Đố án đợc thể hiện trên bản vẽ A1 trong đó bao gồm các nội dung chính sau. - Trắc dọc tuyến hầm tỷ lệ ngang 1/2000(1/5000),tỷ lệ đứng 1/1000 (1/500). - Sơ đồ mặt cắt ngang hầm tỷ lệ 1/50 có bố trí các thiết bị ,rãnh thông gió,thoát nớc ,kết cấu mặt đờng. - Biểu đồ bao (Mômen ,l;ực cất )trong kết cấu vỏ hầm. - Các mătj cắt của sơ đồ thi công thể hiện các công tác chủ yếu - Một hộ chiếu khoan nổ mìn. - Một hộ chiếu gia cố chống tạm . - Biểu đồ chu kì đào. Trn c Ba -49C1- 4210.49 Page 2 600 75 75 450 350 350 100 750 100 300 300 250 25 25 150 B mụn Cu -Hm ỏn TK&XD Hm Phần ii:thiết kế và xây dựng hầm Chơng i:thiết kế trắc dọc và trắc ngang i. Thiết kế trắc dọc,trắc ngang tuyến hầm. 1. Thiết kế trắc dọc tuyến hầm. a. các thông số tuyến hầm. Tuyến hầm đi qua hai điểm Avà B xuyên qua 1ngọn núi gồm 2 lớp địa chất ,lớp 1 là lớp đá Granít và lớp 2 là lớp đá Alevrôlít tơng đối dày.Khoảng cách giữa A-B là 270m,điểm A có cao độ tự nhiên là 10m,điểm B có cao độ tự nhiên là 15m. b. thiết kế trắc dọc. Tuyến hầm là hầm đờng ôtô ,hầm coa chiều dài 270m(<400m) do đó hầm đợc thiết kế thông gió tự nhiên . Chênh cao tự nhiên giữa A-B là 5m độ dốc dọc tự nhiên là 18,52% . Theo quy định đối với đờng ôtô thì độ dốc dọc tối thiểu và độ dốc dọc lớn nhất là (thờng 3,5%). Vậy ta thiết kế dốc dọc của tuyến hầm là . 2. Thiết kế tắc ngang tuyến hầm. a. Thiết kế khuôn trong vỏ hầm . Khi chọn khuôn trong của vỏ hầm tuân thủ một số nguyên tắc sau: Trn c Ba -49C1- 4210.49 Page 3 B mụn Cu -Hm ỏn TK&XD Hm Hình dạng trục vòm phải trơn tru, liên tục vì trục vòm gấp khúc sẽ làm cho đờng cong áp lực và trục kết cấu tách ra bất lợi. - Tờng thẳng nói chung có chiều dày không đổi. Trong trờng hợp hầm để hạn chế độ lún có thể mở rộng móng tờng. - Về quan điểm thi công khuôn trong vỏ hầm phải chọn đối xứng. Điều này áp dụng cho cả những trờng hợp hầm chịu áp lực xiên lệch, nằm trên sờn núi. - Chọn khuôn trong vỏ hầm phải có một cự ly an toàn. Cự ly này tuỳ loại điạ tầng có thể chọn từ 15-20cm. Khuôn trong của vỏ hầm có thể đợc thiết kế theo nhiều phơng pháp khác nhau. Với hầm tờng cong (f 3 ) ta sử dụng phơng pháp thiết kế ba tâm, với hầm tuờng thẳng sử dụng phơng pháp một tâm. Chi tiết đợc thể hiện trên bản vẽ. b. Thiết kế khuôn ngoài vỏ hầm Khuôn ngoài vỏ hầm đợc thiết kế có thể 1,3 hoặc 5 tâm nh khuôn trong. Thông thờng vỏ hầm đợc chọn sao cho đảm bảo chiều dày vỏ hầm(đợc chọn theo kinh nghiệm) tại vị trí đỉnh vòm tờng và chân vòm ,đảm đúng hình dạng kết cấu của vỏ hầm va sao cho thiết kiệm đợc vật liệu nhất. Hệ số kiên cố của các lớp địa chất đều >2(lớp I đá Granít f=8, lớp II đá Alevrôlít f=2.5- 3)do đó dấy hầm không cần làm vòm ngợc kết cấu phần mặt đờng xe chạy và chân tờng vỏ hầm có thể đặt trực tiếp lên nền đá. Trn c Ba -49C1- 4210.49 Page 4 Bộ môn Cầu -Hầm Đồ án TK&XD Hầm R 4 0 0 R 6 4 0 R 5 2 0 125 157 207 201 80 20 60150506 686 716 700 205205 1110 300 R 3 4 2 90 115 45 610 45 115 90 2% 2%2% 2% MÆt ® êng BTXM dµy 20cm Líp d íi BT dµy 30cm M¸c 100 Trần Đức Ba -49CĐ1- 4210.49 Page 5 B mụn Cu -Hm ỏn TK&XD Hm Chơng II:tính toán kết cấu vỏ hầm i. Số liêụ tính toán. Ta tiến hành tính toán và thiết kế vỏ hầm cho lớp địa chất II - đá Alevrôlít - là lớp địa chất chiếm phần lớn trong khu vực địa chất tính toán thiết kế tuyến hầm đồng thời đây cũng là lớp địa chất kém nhất có hệ số kiên cố =2.5-3. Số liệu tính toán của lớp địa chất II. - Hệ số kiên cố : =2,5-3 .Tính toán lấy (thiên về an toàn). - Trọng lợng riêng := 2,2(T/m3) - Góc nội ma sát . - Hệ số kháng lực đàn hồi (nội suy theo bảng tra ): +Phạm vi tờng : . +Phạm vi đáy : . - Hệ số ma sát : . Kích thớc hầm . - Chiều cao hầm : H=716 (cm). - Chiều rộng hầm : (cm). - Chiều dày đỉnh tờng : . - Chiều dày tờng hầm: . - Chiều dày móng: . Bê tông vỏ hầm . - Cấp độ bền : Mac M200. - Cờng độ chịu nén : . - Cờng độ chịu kéo : . - Môđuyn đàn hồi : . - Trọng lợng riêng : . II. Nguyên lý tính toán. - Kết cấu vỏ hầm đợc tính toán trên 1 m dài dọc hầm. Theo phơng ngang hầm ta chia vỏ hầm thành những đoạn có chiều dài bằng nhau. Kết cấu vỏ hầm chịu ALĐT thẳng đứng và áp lực đẩy ngang của khối đất đá, trọng lợng bản thân của kết cấu.Tại những khu vực kết cấu vở hầm biến dạng và có chuyển vị về phái địa tầng thì kết cấu chịu thêm tác dụng của kháng lực đàn hồi của đại chất xung quanh. - Việc tính toán nội lực kết cấu vỏ hầm đợc thực hiện bằng phần mền tính toán kết cấu Sap2000. Khi tính toán nội lực ta mô hình hóa kết cấu vỏ hầm nh sau: Các đoạn vỏ hầm đợc chia đều nh trên đợc thay thế bằng các thanh có điểm đầu và cuối là các điểm đầu và cuối của các đoạn chia nh trên.Liên kết giữa các đoạn là liên kết ngàm cứng. Trn c Ba -49C1- 4210.49 Page 6 B mụn Cu -Hm ỏn TK&XD Hm Các thanh đợc mô hình hóa thây thế các đoạn vỏ hầm có đặc trng vật liệu và mặt cắt nh của các đoạn vỏ hầm nghĩa là có chiều rộng 1 m dọc theo chiều dài hầm và có chiều dày bằng với chiều dày vỏ hầm tại các mặt cắt tợng ứng. - Tác dụng của kháng lực đàn hồi tại nhừng vùng kết cấu vỏ hầm có chuyển vị về phái đại tâng thay thế với các gối đàn hồi.Các gối đàn hồi này đặt tại vị trí của các nút chia đốt vỏ hầm . Các gối đàn hồi này có độ cứng D đợc tính oán nh sau. Cá gối đàn hồi này có chiều dài là 1 m và kích thớc mặt cắt có chiều dài bằng chiều của đôt vỏ hần tính toán(1m) chiều rang bằng tổng hai nủa chiều dài của 2 thanh vỏ đốt hầm lliền kề Mô đuyn đàn hồi của địa tầng :E=K. Trong đó : +K: Hệ số kháng lực đàn hồi(lấy nh trên). +Si:là chiều dài của vở hầm mà gối đàn hồi thay thế, lấy bằng tổng của hai nửa chiều dài đoạn vỏ hầm ở hai bên của nút chia đốt vở hầm tơng ứng. +b: Là chiều dài của đốt vỏ hầm(b=1m). - Ta tính toán nội lực vỏ hầm theo phơng pháp đúng dần bằng cách bân đầu ở tất các nút đều có các gối đần hồi và tính toán nội lực.Sau khi tính toán nội lực thì các gối đần hồi mà có phản lực gối âm thì ta thay thế bàng các gối hần hồi có độ cúng bàng không và tính toán lại cho tới khi tất cả các gối đàn hồi đều có phản lực gối dơng thi thôi. - Tại vị trí chân vòm thì ta mô hình hóa điều kiện biên nh một ngàn đàn hồi( vị trí chân vòn chỉ có chuyển vị lún và xoay tại chỗ mà không có chuyển vị ngang).Độ cứng của ngàm đàn hồi tại vị trí chân vòm xác định nh sau. Trong đó: +Ko: Là hệ ssos kháng đàn hồi của địa tầng tại chân vòm. +Ja:Là mô men quán tính của tiết diện chân vòm: III. tính toán vỏ hầm . 1. Tính toán chia đốt vỏ hầm . Nh đã nói ở trên mỗi nửa vỏ hầm đợc chia thành 20 đốt .Công việc tính toán chia đốt đợc thực hiện trên Autocard. Chiều dài một nửa trục vỏ hầm là . . Chiều dài mỗi đốt hầm sẽ là: Sau khi tiến hành tính toán chia đốt vỏ hầm trên Autocard ta đợc kết quả nh sau. Sơ đồ chia đốt một nửa vỏ hầm . Trn c Ba -49C1- 4210.49 Page 7 B mụn Cu -Hm ỏn TK&XD Hm 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Bảng số liệu các đốt vỏ hầm. Tit din X(mm) Y(mm) (do) (rad) t Chiu di t d(m) 1 0 0 90 1.5708 - 2 0 52.5 90 1.5708 1 524.89 3 0 105 90 1.5708 2 524.89 4 0 157.5 90 1.5708 3 524.89 5 0 210 90 1.5708 4 524.89 6 0 262.5 90 1.5708 5 524.89 7 2 214.8 81.353 1.419881 6 524.89 8 13.5 366 73.275 1.278893 7 524.89 9 32.1 415 65.189 1.137765 8 524.89 10 57.4 461 57.121 0.996952 9 524.89 11 88.9 502.9 49.044 0.855981 10 524.89 12 125.9 540.1 41.559 0.725343 11 524.89 13 166.7 573.1 36.364 0.634673 12 524.89 14 210.3 602.2 31.169 0.54400 3 13 524.89 15 256.4 627.3 25.974 0.453333 14 524.89 16 304.6 648.1 20.779 0.362663 15 524.89 17 354.5 664.5 15.584 0.271993 16 524.89 18 405.6 676.3 10.39 0.18134 17 524.89 19 457.6 383.4 5.195 0.09067 18 524.89 20 510 685.8 0 0 19 524.89 Bảng tính toán độ cứng của các gối đàn hồi: Trn c Ba -49C1- 4210.49 Page 8 B mụn Cu -Hm ỏn TK&XD Hm Tit din t Chiu di t d(m) K(T/m2) D(cng ca gi) 1 - 3.00E+04 1.58E+06 2 1 52.5 3.00E+04 1.58E+06 3 2 52.5 3.00E+04 1.58E+06 4 3 52.5 3.00E+04 1.58E+06 5 4 52.5 3.00E+04 1.58E+06 6 5 52.5 3.00E+04 1.58E+06 7 6 52.5 3.00E+04 1.58E+06 8 7 52.5 3.00E+04 1.58E+06 9 8 52.5 3.00E+04 1.58E+06 10 9 52.5 3.00E+04 1.58E+06 11 10 52.5 3.00E+04 1.58E+06 12 11 52.5 3.00E+04 1.58E+06 13 12 52.5 3.00E+04 1.58E+06 14 13 52.5 3.00E+04 1.58E+06 15 14 52.5 3.00E+04 1.58E+06 16 15 52.5 3.00E+04 1.58E+06 17 16 52.5 3.00E+04 1.58E+06 18 17 52.5 3.00E+04 1.58E+06 19 18 52.5 3.00E+04 1.58E+06 20 19 52.5 3.00E+04 1.58E+06 Chõn vũm 20 52.5 4.00E+04 2.43E+03 2. Xác định tảI trọng. a. ALĐT thẳng đứng. - Chiều cao vòm áp lực. Ta có sơ đồ vòm áp lực nh sau. Trn c Ba -49C1- 4210.49 Page 9 B mụn Cu -Hm ỏn TK&XD Hm h=2.7715(m) 1 0 5 4 ' 0 " 2b=11.1 2b1=13.86 - áp lực địa tầng thẳng đứng tiêu chuẩn là. - áp lực địa tầng thẳng đứng tính toán là . b. áp lực ngang địa tầng (xác định theo công thức Cu-Klông). - Hệ số áp lực ngang. - áp lực địa tầng nằm ngang. - áp lực ngang tại đáy móng. Trn c Ba -49C1- 4210.49 Page 10 [...]... tông vỏ hầm + : Cờng độ chịu kéo của bê tông vỏ hầm + b: Là chiều rộng tính toán của đôt vỏ hầm (b=1m) +d: Chiều dày tiết diện vỏ hầm kiểm tra +e: Độ lệch tâm của tiết diện vỏ hầm +1 ,75: Là hệ số xét đến tăng khả năng chịu lực do biến dạng dẻo Sau khi tính toán ta có bảng sau Tit din M(Tm) N(T) e(m) d(m) 0,225d (m) Kiu lch tõm Rn Rk m (T/m 2) (T/m 2) 1 -0.700 -92.163 0.0076 0.9 0.2025 Nh 900 75 0.9... công hầm i Chọn phơng án thi công hầm Chọn phơng pháp thi công hầm là một khâu quan trọng trong thiết kế và xây dựng hầm, quyết định các biện pháp kĩ thuật thi công có ảnh hởng rất lớn đến tiến độ công trình, thời hạn thi công và giá thành công trình Dựa vào đặc điểm địa chất của tuyến hầm là :Hầm tơng đối ngắn có L=270 m gồm 2 lớp địa chất nh sau: +Lớp 1 dài 23 ( á Granít f= 8) +Lớp 2 dài 247 m ( á Alevrôlít... momen, lực dọc và các kết quả khác) a Tiến hành khai báo và định nghĩa các loại vật liệu dùng trong tính toán Trong quá trình mô hình hóa và tính toán ta sử dụng 3 loại vật liệu chính là: - Vật liệu bê tông làm vỏ hầm Bê tông vỏ hầm có cá tính chất chính sau: Be tông mác M200 có Cờng dộ chịu nén: Rn=9(MPa)=90(KG/cm 2) Cờng dộ chịu kéo :Rk=0.75(MP)=7.5 (KG/cm 2) Mô duyn đàn hồi:Ec=2,4 (T/m 2) Hệ số giãn nở vì... phân tích và tính toán kết cấu bao gồm cả việc kháI báo và định nghĩa các tiết diện có mặt cắt thayđổi.Vì vỏ hầm có chiều dày thay đổi và khi tính toán ta chia vỏ hầm ra thành các đoạn nhỏ nhu đã trình bày trong nguyên lý tính toán vỏ hầm bên trên Tiến hành mô hình hóa kết cấu vỏ hầm trong phần mềm Sap 2000 bao gồm; +Nhập các phần tử của kết cấu vỏ hầm và Sap 2000 từ AotuCad +Tiến hành khai báo và gán... đứng(ALTD) tác dụng lên các thanh nằm trong pham vi phần vòm cong của vỏ hầm với cờng độ là :-9.146(T/m) Sau khi khai khai báo tải trọng ALTD ta đợc kết quả nh sau Trn c Ba -49C1- 4210.49 Page 24 B mụn Cu -Hm ỏn TK&XD Hm +Tải trọng nằm ngang(ALN) tác dụng lên các thanh nằm trong pham vi 1/2 vỏ hầm bên trái với cờng độ là :0.6(T/m) và lên các thanh nằm trong pham vi 1/2 vỏ hầm bên phải với cờng độ là :-0.6(T/m)... tiết diện hầm đợc kiểm tra theo công thức - Nếu tiết diện chịu nén lệch tâm lớn ( ộ lệch tâm e=M/n 0,225.d) thì tiết diện hầm đợc kiểm tra theo công thức Trong đó : + + Là lực nén của tiết diện kiểm tra Là lực nén giới hạn cuat tiết diện (khả năng chịu nén của tiết diện) +m: Là hệ số điều kiện làm việc (kể tới sự sai lệch của sơ đồ làm việc ) Lấy m=0,9 + :Cờng độ chịu nén của bê tông vỏ hầm + : Cờng... gán các mạt cắt vào các phần tử +Tiến hành đặt tên cho các phần tử vỏ(các thanh vỏ hầm )và các gối đàn hồi Định nghĩa các điều kiện biên bao gồm khai báo các gối dàn hồi và các thanh liên kết hai đầu khớp Tiến hành mô hình hóa các loại tỉa trọng tác dung kên két cấu vỏ hầm bao gồm: +Khai báo các loại tảI trọng(tảI trọng bản thân ,áp lực địa tầng thẳng đứng, áp lực đại tầng nằm ngang) .Và khai báo các... tác dụng lên kết cấu vỏ hầm Để đơn giản cho tính toán quy về dạng phân bố đều vói trị số bằng trung bình cộng của áp lực ngang tại đỉnh vòm và chân vòm Ta Đđợc nh sau Sơ đồ xác định ALĐT thẳng đứng lên vỏ hầm Alđtnn:=0,642(t/m) Alđttđ:=8,89(t/m) c TảI trọng do trọng lợng vỏ hầm Trọng lợng của kết cấu vỏ hầm xác định theo kích thớc của vỏ hầm và trọng lợng riêng của vật liệu bê tông vỏ hầm TảI trọng... Alevrôlít f = 2,5- 3). Lấy f=2,5 trong tính toán thiết kế Vậy ta đề xuất phơng pháp thi công nh sau: +Lớp đá Granít (2 3 m) ta áp dụng phơng pháp đào toàn tiết diện kết hợpvới neo ,với chiều dài đoạn thi công là 16.25 m + Lớp đá Alevrôlít (2 47m,f=2, 5) ta áp dụng phơng pháp đào bậc thang trên Sử dụng neo và bê tông phun đẻ gia cố và chống tạm, với chiều dài đoạn thi công là 241.8m ii Thiết kế khoan nổ mìn... lặp cho tới khi kết quả nội lực và biến dạng của kết cấu vỏ hầm là không đổi hoặc khác nhau không đáng kể thì dừng lại Sau hi đã chạy chơng trình và tiến hành chạy lặp đén kết quả ta có đợc kết quả nh sau Sơ đồ tính toán kết câu vỏ hầm chọn làm tính toán thiết kế Trn c Ba -49C1- 4210.49 Page 26 B mụn Cu -Hm ỏn TK&XD Hm Sơ đồ các loại mặt cắt trong các phân tử chọn làm tính toán thiết kế Trn c Ba -49C1-