I X NHỪNG KHÓ LƯỢNG TH CÔNG CHÍNH
2. Phương án 2:
Tống chiều dài hầm 690m, hầm được thiết kế với hai độ đôc dọc là ii=l,2%, i2=l%. Giữa hai hướng dốc là một đường cong đứng với bán kính 5500m.
Tổng khối lượng đào trong phương án là: 123390,9m2 Tổng khối lượng đắp là : 15174,71m2
ĐỒ ÁN TÓT NGHIỆP Bộ MÔN CẦU HẦM Hầm có cửa hầm nằm trên đường cong do đó khó thi công.
Với những lý cỉo như vậy, và với mục đích phục vụ học tập trong đồ án này em chọn phương án thứ nhất làm phương án kĩ thuật.
ĐỒ ÁN TÓT NGHIỆP Bộ MÔN CẦU HẦM
PHẦN III:
THIÉT KÉ KỸ THUẬT.
ĐỒ ÁN TÓT NGHIỆP Bộ MÔN CẦU HẦM CHƯƠNG I - GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ ĐÀO HẦM NATM.
1. Quá trình lịch sử phát triến của công nghệ NATM
Cho đến tận giữa thế kỉ 20, để làm vỏ chống giữ ổn định tạm thời cho các tunnel người ta vẫn sử dụng các phương pháp chống giữ truyền thống với các kết cấu chống giữ bằng gỗ và sau này là bằng thép trước khi sử dụng một kết cấu chống cố định cuối cùng bổ sung. Lớp vỏ chống cuối cùng này có thể là vỏ chống xây (bàng gạch đá V..V..) hoặc bằng bê tông. Áp lực của đất đá lên công trình phát triến do sự phân huỷ và sụt lún bất lợi của khối đá bao quanh công trình. Đá sụt lún gây ra tải trọng bên ngoài lên vỏ chống chính là tải trọng bản thân của đá lên vòm sụt lở. Ket quả là tồn tại những loại tải trọng không theo một qui luật nào cả với cường độ lớn tác dụng lên lớp vỏ chống dày của công trình.
Tại thời điếm đó với sự phát triển đáng kể của công nghệ xây dựng công trình ngầm thì các nhà khoa học và xây dựng đã hiểu sự cần thiết phải giảm biến dạng của khối đá nhằm sử dụng tốt khả năng mang tải của khối đá, cũng như hiểu được mối tác động qua lại giữa sức kháng của vỏ chống và biến dạng.
Phương pháp NATM (New Austrian Tunneĩling Method) được phát triển trên cơ sở kinh nghiệm của một số phương pháp cũ trước đó. Trong phát minh của mình giáo sư Ladislaus von Rabcewicz đã nêu lên điều cốt lõi trong nguyên tắc NATM là sử dụng một kết cấu chống sơ bộ (chống ngay sau khi đào) có tính linh hoạt cao để đạt được trạng thái cân bằng mới thay thế cho trạng thái cân bằng cũ đã bị phá vỡ. Công việc này được thực hiện bằng công tác đo đạc và quan trắc hiện trường, Sau khi đạt được trạng thái cân bằng mới, lớp vỏ chống bên trong sẽ thi công lắp dựng (lớp vỏ chống cuối cùng thường là
ĐỒ ÁN TÓT NGHIỆP Bộ MÔN CẦU HẦM Từ năm 1956-1958, lần đầu tiên các đường hầm tiết diện lớn đã được xây dựng tại Venezuela do Rabcewicz thực hiện theo nguyên tắc của NATM.
Tại Áo việc áp dụng đầu tiên của phương pháp NATM là vào những năm 50 của thế kỉ 20 cho các đường hầm thuý lợi nhỏ
Vào năm 1963, phương pháp NATM đã được giới thiệu tại cuộc hội thảo về cơ học đá tổ chức tại Salzburg. Phương pháp được gọi là “mới” bởi vì trước đó đã tồn tại một phương pháp truyền thống cũ của Áo được xây dựng và phát triển bởi các kĩ sư Áo
2. Khái niệm chung về phương pháp NATM
Phương pháp NATM lấy phun bê tông và neo làm biện pháp che chống chủ yếu, thông qua giám sát đo đạc khống chế biến dạng giới chất, tiện cho việc phát huy phương pháp thi công dùng năng lực tự chịu tải của đất đá. Phương pháp này dựa trên cơ sỏ kỳ thuật phun neo tổng kết lại và đề xuất ra. Phương pháp này đã dẫn lý luận hầm và công trình ngầm vào lãnh vực mới của lý luận hiện đại và cũng khiến cho việc thiết kế và thi công hầm và công trình ngầm càng phù hợp hơn với thực tế công trinh dưới đất, tức là việc nhất trí giữa hệ thống lý luận thiết kế-phương pháp thi công-kết cấu và trạng thái công tác(kết quả). Do vậy phương pháp thi công NATM là một phương pháp thi công đã được áp dụng trên phạm vi toàn thế giới.
Xét về mặt nguyên lý, phương pháp NATM có những nguyên lý cơ bản sau:
2. L Bảo vệ sức bền của khối đất đá:
ĐỒ ÁN TÓT NGHIỆP Bộ MÔN CẦU HẦM
2.2. Nhanh chóng tạo hình dáng đường hầm tròn khép kín:
Đe tránh các tập trung ứng suất vào các góc mà ở đó các cơ chế phá hoại tiềm tàng sẽ xuất hiện.
2.3. Lập vỏ mỏng và dẻo :
Che chống lần đầu phải dẻo nhằm để giảm thiểu các mômen uốn và đế tạo thuận lợi cho quá trình sắp xếp lại ứng suất mà không tạo ra các lực cục bộ bất lợi cho lớp vỏ. Sau đó neo chặt các lớp che chống lần thứ nhất vào khối đất đá, ngoài ra không cần che chống phụ nào khác vì sẽ làm tăng bề dày lớp vỏ .Lóp vỏ phải tiếp xúc hoàn toàn với vi nham đào ra. Việc phun bê tông sẽ đáp ứng yêu cầu đó.
2.4. Đo đạc thường xuyên tại chỗ:
Quan trắc trạng thái đường hầm trong qua trình thi công là một phần thông nhất của NATM. Với các phương tiện đo đạc tại chỗ hiện đại như: nghiêng kế, các tế bào theo dõi nội lực , máy đo áp suất và biến dạng, kinh vĩ lade.v.v. và với việc theo dõi và diễn giải các biến dạng, ứng suất và lực căng, người ta có thể tối ưu hoá các phương pháp thi công và yêu cầu che chống.
Vì vậy với phương pháp NATM thì các nguyên tắc sau cần được tuân thủ:
- Phải xem xét tới phản ứng đặc trưng của khối đá
- Phải tránh gây ra trạng thái ứng suất biến dạng bất lợi bằng cách áp dụng biện pháp chống giữ thích hợp tại đúng thời điểm
ĐỒ ÁN TÓT NGHIỆP Bộ MÔN CẦU HẦM - Các công tác đo đạc chung và kiểm tra định kì phải được tiến
hành.
3. Sự khác biệt và ưu nhược điếm ciía phương pháp NATM so vói các phương pháp thi công truyền thống
So với các phương pháp thi công truyền thống, khi thi công theo phương pháp NATM đòi hỏi có một số thay đổi trong các quá trình của công tác: khảo sát, thiết kế kĩ thuật và thi công.
3. 1. về công tác khảo sát:
Cũng như trong tất cả các phương pháp xây dựng công trình ngầm khác, yêu cầu đặt ra trong giai đoạn khảo sát là phải thu thập được các chỉ tiêu cơ học của đất đá, điều kiện địa chất, điều kiện thuỷ văn phục vụ cho công tác thiết kế tuyến, hình dạng, tiết diện công trình, đánh giá mức độ ổn định của khối đá và lập phương án thi công.... Ngoài ra, trong qúa trình thi công, những khảo sát bổ sung cũng sẽ được thực hiện nếu cần thiết khi gặp điều kiện đất đá thay đổi ngoài dự kiến hoặc đường hầm mất ổn định mạnh sau khi đào để phục vụ việc điều chỉnh thiết kế hay đưa ra biện pháp chống giữ bổ sung.
3.2. về công tác thiết kế:
Khác với các phương pháp chống giữ truyền thống trước đó, trong NATM không còn tồn tại khái niệm kết cấu chống tạm hay kết cấu chống cố định. Tất cả các thành phần kết cấu chống “ban đầu” ngay sau khi đều được xem là 1 phần trong kết cấu chống “cuối cùng”, đây là khái niệm chỉ thể hiện thời gian kết cấu chống được lắp dựng chứ không thế hiện sự khác nhau về vai trò và nhiệm vụ của chúng. Yêu cầu về tính chính xác và hiệu quả của các giải pháp thiết kế trong giai đoạn trước khi thi công không đòi hỏi ở mức
ĐỒ ÁN TÓT NGHIỆP Bộ MÔN CẦU HẦM
3.3. về công tác thi công:
Với nội dung cơ bản của NATM là “bảo dưỡng” đá ở mức độ tối đa, công tác thi công trong NATM có ảnh hưởng quyết định tới toàn bộ quá trinh xây dựng. Điểm khác biệt lớn nhất giữa NATM với các phương pháp khác chính là việc áp dụng và đánh giá đúng vai trò của công tác quan trắc như là một phần bên trong của chu trình xây dựng. Ngoài ra quá trình thi công của NATM cũng có tính linh hoạt rất cao, người thi công không bị bó buộc hay phải cứng nhắc tuân theo một vấn đề đã đưa ra trong thiết kế. Song chính điều này cũng đòi hỏi họ phải có đủ trình độ, kinh nghiệm đế có thể đưa ra những quyết định chính xác một cách nhanh nhất giải quyết những khó khăn gặp phải ngay tại hiện trường.
Nhìn chung, nếu chỉ chú ý riêng về công nghệ thì giữa NATM và các phương pháp thi công khác không thế hiện sự khác biệt nhiều. Sự thành công trong việc áp dụng chính là nhò' quan niệm linh hoạt trong quá trình thi công, nói cách khác là sự kết hợp các giải pháp khác nhau một cách hợp lý để đạt được mục tiêu “bảo dưỡng” khối đá ở mức tối đa. Đây chính là chìa khoá để đạt được cả 3 yếu tố: tính an toàn, chất lượng công trình và hiệu quả kinh tế.
Vậy ta có thể nhận thấy những ưu và nhược điểm của phương pháp NA TM như sau:
* Ưu điểm:
- Có khả năng áp dụng trong nhiều điều kiện khối đá khác nhau
Chiêu dài đặt hâm: H
Lóp 1 hl 82
Diện tích tiết diện hang đào: Ao 92,2 44 Trọng lượng thể tích : Y 26 Lớp 1 Y2 40 Góc nội ma sát: <p 0,4 Cường độ lực dính : c 5000 0 Môđun đàn hồi: E 0,35 Hệ số nở hông : Ư 0,53 8 Hệ số áp lực ngang: X
ĐỒ ÁN TÓT NGHIỆP Bộ MÔN CẦU HẦM
- Kết hợp dễ dàng với phương pháp đào bằng máy (TBM)
- Yêu cầu vốn đầu tư ban đầu tương đối nhỏ và có khả năng thu hồi vắn nhanh.
* Nhược điểm:
- Khi áp dụng trong điều kiện có nước ngầm đòi hỏi phải có công tác khảo sát bô sung.
- Tốc độ tiến gưong tương đối nhỏ.
- Đội ngũ cán bộ công nhân tham gia xây dựng đòi hỏi phải được đào tạo và đã trải qua thực tế.
- Mức độ đòi hỏi cao về vật liệu và biện pháp thi công.
- Có khả năng gảy rủi ro với cả nhà thầu và chủ đầu tư
NGUYỄN HÔNG THANH 66 LỚP: ĐƯỜNG HẦM - METRO
ĐỒ ÁN TÓT NGHIỆP Bộ MÔN CẦU HẦM
CHƯƠNG II - TÍNH TOÁN KẾT CẤU.
1. Các số liệu tính toán. ( fKP =6)
/. /. Tính toán bổ trợ: Bán kính hang đào qui đổi:
*o=^ = J—='4,7Ĩ 85,13 7 = 5,382 m 1.2. Xác định bán kính vùng dẻo: 2xơ, x(!-l) + ?> Trong đó: Po - Áp lực đất tĩnh p = l x ơ ; = l xỵx H cr_ = ỵ. X Hi = 69,097 X 26,5 +124,298 X 26 = 5,042MPa
H - Chiều sâu đặt hầm so với mặt đất tự nhiên.
2xcxc0s^ = 2x0’35,xc!f5° = 1,9313 1 — sin 1 — sin 35 Rp = ^max = Rc 2xơzx(ệ-ì) + qu 5,063 X (4,599-1)+ 1,746" _ạ + ệ)xp(ệ-\) + qu_ (1 +4,599) X 1,746 5.41
9 Vùng dẻo "P"5.894 6.369 6.844 7.320 08.00Vùng đàn hồi "e"9.000 10.00 11.00 12.00 0.00
0 0.127 0.272 0.437 0.622 0.688 0.771 0.841 0.901 0.953 1.34
5 1.813 2.349 2.957 3.642 3.576 3.493 3.423 3.363 3.311 5.41
9 Vùng dẻo "P"5.753 6.088 6.422 6.757 07.00Vùng đàn hồi "e"8.000 9.00 10.00 11.00 0.12 0 0.228 0.348 0.479 0.622 0.649 0.745 0.824 0.891 0.949 1.78 7 2.187 2.629 3.113 3.642 3.615 3.519 3.440 3.373 3.315 ( m ) 5.41
9 Vùng dẻo "P"5.638 5.857 6.076 6.295 07.00 Vùng đàn hồi "e"8.000 9.000 10.000 11.000 ơ
r 0.250 0.334 0.424 0.520 20.62 0.700 0.793 0.870 0.934 0.990 Ơ
P 2.267 2.578 2.911 3.265 23.64 3.564 3.471 3.394 3.330 3.274 5.41
9 Vùng dẻo "P"5.553 5.688 5.823 5.957 06.00Vùng đàn hồi "e"7.000 8.000 9.000 10.000 0.37 0 0.429 0.491 0.556 0.622 0.628 0.739 0.829 0.904 0.967 2.71 0 2.929 3.157 3.395 3.642 3.636 3.525 3.435 3.360 3.297 5.47 8 5.538 5.597 5.657 6.00 0 7.00 0 8.00 0 9.00 0 10.0 00 Vùng dẻo "P" Vùng đàn hồi "e"
0.53 0 0.560 0.591 0.622 80.62 0.739 0.829 0.904 0.967 3.30 0 3.412 3.525 3.642 63.63 3.525 3.435 3.360 3.297 Pa 0 0.12 0.25 0.37 0.5 0.622 Rp 7.320 6.757 6.295 5.957 5.657 5.419 R0/R p 0.740 0.802 0.861 0.910 0.958 1.000 Rt 6.184 5.709 5.319 5.033 4.779 4.578 Ram E R 24000 6,184 pa (Mpa) 5.063 1.502 1.200 0.900 0.600 0.300 Rp (m) 5.206 5.206 5.451 5.758 6.165 6.751 UPR0 (min) 0.000 0.383 0.420 0.469 0.537 0.644 p 0. 1 0.06 0.03 0 Rp (m) 7.01 7 7.163
ĐỒ ÁN TÓT NGHIỆP Bộ MÔN CẦU HẦM
(p - GÓC nội ma sát của nền. ệ - Hệ số tính theo công thức. ^ _ 1 + sin _ 1 + sin 35° _ g
g2g
l-sin<p 1-sin 35
p - Áp lực hướng tâm tại vách hang. qu - Cường độ nén đơn trục của khối đá.
Ớ trạng thái để vách hang tự biến dạng tự do, áp lực lên vách hang p=0 thì:
= 7,167 w
Khi đó bán kính vùng dẻo Re,0 đạt giá trị lớn nhất Re max.
Trong phạm vi bán kính r từ Ro đến Rp max tức là các giá trị r>Rpmax nền ở trạng thái đàn hồi, các giá trị ứng suất ơr và ơt được tính theo công thức:
x-h
2\ R
+ ơ.
rp
Kết quả ghi trong bảng 1: Quan hệ ơ(t) khi p=0
Bảng 1
NGUYỄN HÔNG THANH 68 LỚP: ĐƯỜNG HẦM - METRO
ĐỒ ÁN TÓT NGHIỆP Bộ MÔN CẦU HẦM
Tại vị trí ơt = ơz:
l-sin <p R = R , = R . 1 + sin _Ị_ cp J 2 sin <p ( l-sin 35° Vxsin 1 +sin 35° = 6,618/77 Với p= 0,12 MPa Bảng 2 Tại vị trí ơt = az:
R = R = Rp, max \ 1 + sin (D . l-sin <p 2 sin (p í 1 + sin 35° = 5,709/7/ Với p= 0,25 MPa Bảng 3 Tại vị trí ơt = az:
R = R, = R , \ 7 <
1 + sin (ỌJ = 6,297í1 + sin 35°
2xsin 35°= 5,319/72 Với p= 0,37 MPa
Bảng 4 Tại vị trí ơt= ơz:
NGUYỄN HÔNG THANH 69 LỚP: ĐƯỜNG HẦM - METRO
ĐỒ ÁN TÓT NGHIỆP Bộ MÔN CẦU HẦM
\
R = R ' = R
l-sin
<p 2
p, maxV1 + sin (py = 5,957 1
l-sin 35° 2xsi 1 + sin 35c = 5,033/7? Với p= 0,5 MPa Bảng 5 Tại vị trí ơt = az:
R = R, = R. Ị 1 + sin (Ọ l-sin ọ 2 = 5,657 1 + sin 35° = 4,779/7?
Tại Re=R0, ngay sau vách hang là vùng đàn hồi, không có vùng dẻo.
pa = ơz(1 - sin (p)-Q,0S(p = 1,75 X (1 - sin 35°) - cos35° = 0,458MPa
Tổng hợp các gia trị đã tính ta có:
Bảng 6
1.3. Xác định chuyến vị vách hang:
uị = = 1,439 X103 m^— (cr. sin (p + c = 1,439/77777 cos(p)^+ (5,419 X sin 40° + 0,40 X cos 45°)
NGUYỄN HÔNG THANH 70 LỚP: ĐƯỜNG HẦM - METRO
ĐỒ ÁN TÓT NGHIỆP Bộ MÔN CẦU HẦM
♦> Chuyển vị tại vách hang khi bắt đầu xuất hiện trạng thái đàn-dẻo Rp=Ro.
u = (ơ. -p,)R{) = 1 + 0,38 (5,419 -1,502)5,206
E 24000
= 0,383 X 103m = 0,3 83/77/77
♦♦♦ Chuyển vị tại vách hang khi xuất hiện trạng thái đàn - dẻo
= R, (ơ sin (p + C0S(p) ạ>) ơ: +CCOÍỘ7 1 — sin (Ọ
Thay lần lượt các giá trị Rp tượng ứng với các giá trị Pa=0,2;0,6;0,4MPa trong bảng 5 để tính chuyển vị Up kết quả luu trong
Bảng 7
1.4. Vẽ đường cong quan hệ Pi=Ui
Những lưu ý khi vẽ đường cong:
(1) Khi vẽ đường cong quan hệ Pị - Ui, để đường cong trơn, ta có thể tính thêm chuyển vị với một số cấp áp lực Pa khác, và vẽ đường cong theo bảng sau:
(2) Đoạn từ Pamax đến ơ_ Vách hang chuyển vị đàn hồi nên đoạn này là đường thang. Tại vị trí nối tiếp giữa đoạn cong và đoạn thắng thì đường thẳng tiếp xúc với đoạn cong.
(3) Theo tính toán lý thuyết thì chuyển vị đạt giá trị Umax khi pa = 0. Nhưng
trong thực tế, khi chuyển vị vách hang khi gần đạt đến giá trị tối đa thì áp
NGUYỄN HÒNG THANH 71 LỚP: ĐƯỜNG HẦM -
METRO
ĐỒ ÁN TÓT NGHIỆP Bộ MÔN CẦU HẰM
lực lên kết cấu cũng tăng lên. Do đó, chúng ta không thể đạt được trạng thái