chuong 6 giao thong ham

B� GIAO THÔNG V�N T�I StuDocu is not sponsored or endorsed by any college or university Chương 6 Giao thông Hầm Hệ thống điều khiển giao thông đường bộ (Trường Đại học Công nghệ Giao thông Vận tải) St.

Chương 6 Giao thông Hầm

Hệ thống điều khiển giao thông đường bộ (Trường Đại học Công nghệ Giao thông Vận

tải)

Chương 6 Giao thông Hầm

Hệ thống điều khiển giao thông đường bộ (Trường Đại học Công nghệ Giao thông Vận

tải)

CHƯƠNG 6 CÔNG TRÌNH HẠ TẦNG HẦM GIAO THÔNG

6.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH HẦM GIAO THÔNG

6.1.1 Khái niệm vệ hầm giao thông

Hầm là công trình nhân tạo nằm trong lòng đất có một hoặc cả hai đầu nối thông với mặt đất dùng vào mục đích giao thông, dẫn nước hoặc bố trí các hệ thống kỹ thuật khác… Hầm có thể nằm ngang hoặc nghiêng, trường hợp công trình bố trí theo phương thẳng đứng thì gọi là giếng Ngày nay hầm được sử dụng khá phổ biến trong các lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế quốc dân đặc biệt là ở các nước phát triển Đa số các công trình hầm, đặc biệt là hầm lớn là dùng vào mục đích giao thông như hầm đường sắt, hầm đường bộ, đường thủy Một số công trình loại này được sử dụng hỗn hợp cho đường sắt và ôtô Các công trình hầm cũng là những hạng mục phổ biến trong việc xây dựng các công trình thủy lợi đầu mối như các trạm thủy điện, công trình trị thủy… Trong xây dựng và phát triển các thành phố, đặc biệt là các thành phố hiện đại, hầm được

sử dụng rộng rãi để bố trí các mạng lưới giao thông, để làm các kho tàng, bể chứa, gara, bãi chứa xe và các mục đích đặc biệt khác

Theo công dụng và những đặc biệt về kết cấu hầm được chia thành các nhóm và các loại sau:

Hầm trên đường giao thông:

- Hầm trong các trạm thủy điện, thủy tích điện

- Hầm thủy nông: hầm dẫn nước tưới tiêu, cải tạo đất

và giao thông, một số còn giữ nguyên cho đến ngày nay

Hầm đường sắt Mont Cénis Tunnel qua dãy núi Apls của Pháp có lẽ là hầm đầu tiên được xây dựng bằng phương pháp khí nén

Việc phát triển của xây dựng hầm gắn liền với việc phát triển của công cụ

và phương tiện sản xuất Trình độ của kỹ thuật xây dựng hầm tương ứng với trình độ phát triển của sức sản xuất

Tất cả các hầm cổ đều xây dựng trong đá cứng không cần xây vỏ, tuy nhiên hang đã có dạng vòm giống như các hang động tự nhiên Việc thi công dựa vào sức lao động của nô lệ nhờ các công cụ thô sơ như choòng, xà beng, cũng như phương pháp nhiệt: đầu tiên đốt nóng gương rồi sau làm lạnh bằng nước Sau khi đế quốc La Mã sụp đổ, xây dựng ngầm cũng như các hoạt động khác của loài người đi vào thời kỳ suy thoái kéo dài Trong thời kỳ này công tác xây dựng ngầm chủ yếu dành cho mục đích chiến tranh

Vào cuối thời kỳ trung cổ do việc mở rộng quan hệ giữa các dân tộc cũng như việc rút ngắn con đường buôn bán người ta đã xây dựng các hầm đường thủy nối các đường giao thông thủy đang ngăn cách nhau bởi các dãy núi bằng

việc sử dụng thuốc nổ đen để phá đá Hầm đường thủy đầu tiên dài gần 160m đã xây dựng ở Pháp trên kênh Langedok năm 1679-1681

Việc xuất hiện đường sắt là nguyên nhân thúc đẩy sự nghiệp phát triển hầm sau này Hầm đường sắt đầu tiên dài 1190m xây dựng năm 1826-1830 từ Liverpool đến Manchester Anh Cũng trong thời kỳ này, hầm đường sắt được xây dựng ở Pháp và các nước Châu Âu khác

Mặc dù việc xây dựng hầm đã phát triển nhưng chiều dài những hầm xây dựng bằng khoan tay và thuốc nổ đen đã không vượt quá 3,5Km Trình độ kỹ thuật hạn chế việc xây dựng các hầm dài

Việc tìm ra thuốc nổ Pirocxilin (1845) và Đinamit (1866) cùng với việc áp dụng thành công máy khoan đập xoay vào công việc mỏ đã tạo nên bước ngoặt trong xây dựng hầm và tạo nên khả năng giải quyết những nhiệm vụ khó khăn nhất trong sự nghiệp xây dựng hầm như xây dựng những hầm xuyên dãy Anper nối Pháp, Ý và Thụy Sỹ Vào những năm 1857-1871 đã xây dựng hầm Mont - Cenis dài 12,85Km nối Pháp với Ý có độ chênh cao giữa hai cửa hầm là

khí nén Hầm Sin - Goithord dài 14,98Km nối Thụy Sỹ với Ý xây dựng vào năm

chiều dài lớn hơn 5Km, trong đó có hai hầm dài nhất thế giới: hầm Sinplon dài 19,78Km nối Ý và Thụy Sỹ Hầm Sinplon I xây dựng năm 1898- 1906, hầm Sinplon II xây dựng đến năm 1921

Vật liệu chủ yếu để xây dựng vỏ hầm là đá hộc xây vữa vôi hoặc vữa xi măng Vào những năm 1889, lần đàu tiên sử dụng bê tông làm vỏ hầm Nhưng cho đến một phần tư cuối thế kỷ XX bê tông mới trở thành vật liệu chủ yếu

Sau chiến tranh thế giới lần thứ I, nhịp điệu xây dựng hầm giảm bởi vì đến thời kỳ này hầu như mạng lưới đường sắt đã hoàn thiện ở các nước Châu Âu Trong số những hầm xây dựng thời kỳ này có hầm Apenhin B trên tuyến Phlorece đi Bolona (1920-1931) Đây là hầm đường sắt tuyến đôi dài nhất thế giới, có một ga ở giữa Cũng thời kỳ này (1927) đã kết thúc việc xây dựng hầm đường thủy Rove dài 7,12Km trên tuyến Marcei - Ron ở Pháp có tiết diện ngang lớn nhất thế giới 24,5x17,1m

Cùng với hầm xuyên núi, hầm dưới nước cũng được xây dựng Lúc đầu là cho hầm đường sắt và sau chiến tranh thế giới cho hầm trên đường ôtô Hầu hết những hầm dưới nước đều được xây dựng bằng phương pháp khiên đào kết hợp với khí nén có vỏ ghép từ các mảnh chế sẵn bằng gang gọi là “vì chu bin” Khiên hầm được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1825, do Brunel đề nghị để xây

dựng hầm qua sông Thames (Anh) Tuy nhiên khiên hầm chỉ được thừa nhận sau khi

Barlau và Greathead hoàn thiện và cải tiến năm 1869 Chỉ riêng ở Newyork

có 19 hầm lớn dưới nước, trong đó đáng kể nhất là hầm Lincon dưới sông Gudon đào bằng phương pháp khiên đào trong bùn với tốc độ kỷ lục 13,5m hầm trong một ngày đêm Hầm dưới nước dài nhất thế giới trước đây là hầm đường sắt tuyến đơn dưới vịnh Simonosec ở Nhật Bản dài 6,33Km năm 1936- 1941 Hầm dưới nước có tiết diện ngang lớn nhất là hầm Mersey ở Anh xây dựng trong đá bằng bán khiên không sử dụng khí nén (đường kính ngoài 14,1m) Trong những năm gần đây đã xây dựng hầm dưới nước kỷ lục như hầm qua vịnh Sugar ở Nhật dài 36,2Km, hầm qua biển Manche nối Anh với Pháp dài gần 40Km

Một phương pháp được sử dụng rộng rãi cùng với phương pháp khiên đào

để thi công những hầm dưới nước là phương pháp hạ đoạn dầm đúc sẵn từ trên

bờ vào hào dưới nước rồi lấp đất trở lại Hầm giao thông sử dụng hỗn hợp dưới sông Maac ở Hà Lan xây dựng năm 1938-1942

chiều dài 572m được đào dưới lòng sông với độ sâu 31m, đường kính ngoài 4,74m, đường ng kính bên trong: 4.30 m, sàn lối đi: 31,57 m

Tuyến đường xe điện ngầm ở Luân Đôn vận hành năm 1863 là các tuyến

xe điện ngầm đầu tiên trên thế giới và nó cũng mở đầu thời kỳ xây dựng các hệ thống xe điện ngầm ở các thành phố lớn trên thế giới Đến nay thế giới đã đưa

thi công hơn 30 hệ thống khác Một số hệ thống xe điện ngầm điển hình: Newyork (392,2Km-474 ga), London (387,9Km-247 ga), Paris (294,7Km-423 ga), Tokyo (197Km-192 ga), Moscow (217Km-134 ga)… (đây là số liệu tính đến năm 1988)

Đường hầm qua eo biển Manche nối Anh và Pháp được hoàn thành vào năm 1994 là hầm đường sắt dài thứ hai trên thế giới (sau hầm đường sắt Seikan của Nhật Bản) nhưng có chiều dài dưới biển 50,45km (so với 23,3 km của Seikan) Mười một khên đào đã làm việc từ cả hai phía Eo biển (5 máy đào từ phía bờ nước Pháp, 6 máy đào từ phía bờ nước Anh), cắt xuyên qua lớp đá phấn marl để xây dựng hai đường hầm đường sắt và một đường hầm dịch vụ Các ga đầu cuối của tàu hoả nằm tại Cheriton (một phần của Folkestone) và Coquelles,

và được nối với các tuyến đường bộ của Anh và Pháp Đây là một đường hầm

có chi phí đắt nhất với dự toán tăng lên 80% so với dự tính

Năm 1996, Hội Kỹ sư Dân dụng Mỹ, với Popular Mechanics, đã lựa chọn đường hầm là một trong Bảy Kỳ quan của Thế giới Hiện đại Từ những năm cuối của thế kỷ này hầm thủy lợi được phát triển với quy mô lớn, đặc biệt là hầm thủy điện Cho đến nay trên thế giới có trên 350 nhà máy thủy điện và thủy tích điện ngầm với công suất trên 40 triệu KW Những công trình ngầm loại này thường đạt những con số kỷ lục về độ lớn của tiết diện và chiều dài Ở Liên xô trước đây các gian máy thường có tiết diện ngang từ 200-500m 2 , chiều dài từ

40 đến hơn 200m, chiều cao trên 40m Ở Mỹ gian máy Bauderi dài 146m, rộng 23m, cao 58m…

b Lịch sử xây dựng hầm ở Việt Nam

Trước chiến tranh thế giới lần thứ I (1914-1917) không một công trình hầm giao thông nào được xây dựng Từ năm 1926-1936 đã xây dựng 27 hầm đường sắt với tổng chiều dài 8,4Km theo tiêu chuẩn thiết kế của Pháp Trong suốt cuộc chiến tranh chống Mỹ cứu nước, từ khoảng năm 1967- 1970 đã xây dựng khoảng 12 hầm đường sắt với tổng chiều dài là 3,1Km Bên cạnh đó rất nhiều công trình hầm với mục đích quân sự cũng được xây dựng trong thời kỳ chiến tranh Như vậy, có tất cả khoảng 39 tuyến hầm đường sắt đã được xây dựng với tổng chiều dài 11,5Km Hầm dài nhất là hầm Babonneau 1,2Km, hầm ngắn nhất

là hầm ở Phú Yên dài 60,5m

Những hầm đường sắt được xây dựng ở nước ta thời kỳ này đều thi công thủ công, chất lượng vật liệu và thi công không cao và sau thời gian dài khai thác không có duy tu bảo dưỡng, sửa chữa theo đúng “Quy trình khai thác hầm giao thông” nên chất lượng đến nay còn rất thấp, có nguy cơ ảnh hưởng đến chế

độ chạy tàu

Hiện nay dự án duy tu bảo dưỡng sửa chữa các công trình hầm trên tuyến đường sắt Bắc – Nam đang được triển khai rất tích cực bằng nguồn vốn vay của Chính phủ Nhật Bản (JBIC) Nhiều tuyến hầm mới cũng được lập dự án và triển khai thi công trong thời gian sớm nhất để đảm bảo an toàn, nâng cao chất lượng cho tuyến đường sắt quốc gia

Hầm đường bộ cũng mới chỉ xây dựng được 4 hầm trong khoảng thời gian

từ 1995-2004 trên quốc lộ 1A và đường Hồ Chí Minh Hầm Dốc Xây 1997), hầm Đèo Ngang (2003-2004) trên quốc lộ 1A Hầm A Roàng 1 (2002-2003), A Roàng 2 trên đường Hồ Chí Minh Hầm đường bộ Hải Vân (2000-2005) hiện đang là hầm đường bộ lớn nhất Đông Nam Á, hầm Đèo Ngang, dự

(1995-án hầm Đèo Cả cũng đang được nghiên cứu triển khai thi công

Hầm trong các công trình thủy điện cũng đã được xây dựng ở Việt Nam như: thủy điện Hòa Bình, Yaly, Đại Ninh… các công trình này thường có đặc thù tiết diện ngang lớn

Hiện nay, hệ thống hầm cho người đi bộ cũng đã được triển khai thi công tại một số nút giao thông lớn trong thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội như Kim Liên, Ngã Tư Sở, Ngã Tư Vọng, các hầm cho người đi bộ trên đường vành đai 3

Hệ thống các đường hầm nội đô, mê trô trong thành phố cũng đang được nghiên cứu triển khai áp dụng tại Hà Nội cũng như thành phố Hồ Chí Minh như

là Bến Thành - Suối Tiên, Bến Thành - Bến xe miền tây, Nhổn - Lê Duẩn, Hà Đông - Lê Duẩn Như vậy trong tương lai không xa, hệ thống các đường hầm nội đô, không gian ngầm, mê trô sẽ rất phát triển tại các thành phố lớn ở nước ta

có thể không cần bố trí kết cấu chịu lực bên trong, song song trong thực tế khó

có thể không cần bố trí chịu lực bên trong, song trong thực tế khó có thể tồn tại các trường hợp thoả mãn các điều kiện lý tưởng trên đây, hơn nữa nếu tính tới tác dụng của các loại bom đạn và điều kiện sử dụng lâu dài, người ta thường vẫn

bố trí kết cấu ở bên trong

Đối với đất đá cứng, chiều cao vòm áp lực thường nhỏ, và do đó giá trị áp lực đất đá nhỏ và để tận dụng tối đa không gian sử dụng bên trong người ta thường dùng loại kết cấu có dạng hình vòm tường thẳng với chiều dày vòm và tường bên nhỏ

- l0khâu độ sử dụng;

- f chiều cao vòm;

và có thể lấy theo công thức kinh nghiệm sau đây:

Trong đó l0có thể tới 30m hay lớn hơn

 Kết cấu trong đất đá cứng trung bình

vẫn có thể sử dụng kết cấu dạng hình vòm tường thẳng, tuy nhiên trong trường hợp này, chiều dày của kết cấu tăng lên, bản đáy có thể chọn một trong hai trường hợp sau đây:

Khi fkp = 0,8-1; bản đáy kiểu vòm ngửa;

 Kết cấu trong đất đá yếu

Trong đất đá yếu (fkp < 0,8) tuỳ theo yêu cầu sử dụng, có thể chọn kết cấu dạng hình vòm tường thẳng hay hình móng ngựa nhưng phải tăng chiều dày lên Ngoài hai dạng kết cấu trên đây có thể sử dụng kết cấu dạng tròn hay elip

là những loại kết cấu có khả năng chịu lực và tiết kiệm vật liệu tốt nhất Khi điều kiện sử dụng đòi hỏi phải có không gian bên trong lớn thì có thể chọn giải pháp kết cấu nhiều tầng hay nhiều nhịp

6.2.2 Cấu tạo vỏ hầm

6.2.2.1 Vật liệu làm vỏ hầm

Kết cấu chịu lực thường xuyên của công trình ngầm được dùng để tiếp nhận tất cả các tải trọng cũng như để bảo vệ công trình khỏi nước ngầm Vật liệu dùng để xây dựng công trình, cần phải có độ bền cao, chống cháy và chống

ăn mòn hoá chất và điện hoá

Các vật liệu thoả mãn các yêu cầu trên là các loại bê tông, bê tông cốt thép

bền không được nhỏ hơn 200

Chiều dày của chi tiết chịu lực không nhỏ hơn 20cm Đối với kết cấu BTCT không ứng lực trước, mác bê tông theo độ bền lấy ít nhất 200 MPa đối với chi tiết đổ tại chỗ, 300 MPa đối với chi tiết lắp ghép, còn chiều dày ít nhất 15cm Đối với BTCT ứng suất trước, mác bê tông ít nhất 300 MPa Mác bê tông chống thấm ít nhất B-6 cho các kết cấu nằm trong đất có độ ẩm tự nhiên

Cường độ tính toán của bê tông trong các kết cấu bê tông và BTCT lấy tương ứng với tiêu chuẩn hiện hành

Trong xây dựng đường hầm, người ta sử dụng rộng rãi loại bê tông - phun, phun lên phía trên mặt hầm đào nhờ tác dụng của khí nén Chiều dày từng lớp bê

lớn hơn Tỷ lệ xi măng – nước là 0,35-0,5 Khi chiều dày sàn hơn 8-10cm bê tông - phun được gia cường lưới cốt thép hay cốt sợi Bê tông - phun có đặc tính

độ bền khá cao, trong đó độ bền kéo khoảng 10% cao hơn so với bê tông thường ưu điểm của bê tông - phun là kết dính tốt với đất (1,5-2,5MPa) và với

Trong thời gian gần đây, người ta ứng dụng bê tông - phun gia cường bằng cách rải đều các kim thép dài 20-25cm và đường kính 0,4-0,5mm, vật liệu này còn gọi là bê tông cốt kim và bê tông cốt sợi Các cốt kim và cốt sợi đó được đưa vào thành phần hỗn hợp khô với số lượng 3-5% theo trọng lượng (khoảng 140kg/m 3 hỗn hợp) Bê tông phun có cốt rải đều được đặc trương bằng độ bền (R nén tăng 1,3-1,5 lần, còn R K khi uốn tăng 1,2 lần) và tính biến dạng cao

Khi xây dựng đường bằng khiên, trong nhiều trường hợp, người ta sử dụng

vỏ hầm liền khối từ bê tông nén ép Vữa bê tông, thành phần thực tế không khác

được ép nhờ kích tấm và các thiết bị kích tự động dưới áp lực tới 5MPa

Nhờ ép một phần nước, hỗn hợp bê tông sẽ đạt tỷ lệ xi măng nước 0,3-0,5

và vỏ hầm có độ bền và tính cách nước Chỉ sau một ngày đêm độ bền bê tông

có thể đạt 10MPa

Để xây dựng công trình ngầm có thể sử dụng bê tông pôlyme trong đó chất kết dính được thay bằng nhựa tổng hợp

Bê tông Pôlyme có đặc trưng là độ bền nén cao (tới 70-80MPa) và độ bền

nuớc khi áp lực tới 2-2,5MPa Bê tông Pôlyme có độ bền hoá chất và có chỉ số dính kết với thép cao (6,5-8MPa) chúng còn được sử dụng để đổ tại chỗ và sản xuất chi tiết lắp ghép Tuy nhiên, sử dụng rộng rãi Bê tông Pôlyme trong xây dựng công trình ngầm bị hạn chế do tính chảy dẻo và chưa xác định được độ bền theo thời gian Sử dụng bê tông pôlyme - bê tông dùng chất kết dính là khoáng chất thâm nhập pôlyme d-ới áp suất và nhờ có độ chặt và tính chống thấm cao Trong tương lai xây dựng công trình ngầm, có thể được sử dụng bê tông dự ứng Bê tông dự ứng lực được đặc trưng bằng độ chặt cao, không thấm nước và khí, bền nứt và có thể được dùng để đổ tại chỗ và sản xuất chi tiết đúc sẵn cho công trình ngầm

6.2.2.2 Kết cấu lắp ghép

Kết cấu lắp ghép công trình ngầm , so với kết cấu nguyên khối , có những đặc điểm khác nhau như sau:

1, Có khả năng chịu toàn bộ tải trọng ngay sau khi lắp ghép ;

2, Thay đổi hình dáng cưa nó khi đất đá chuyển dịch không đều nhờ cấu tạo

các khớp;

3, Tính mềm (tính linh động) nhờ cấu tạo các lớp đệm mềm (biến dạng)

giữa các phần tử kết cấu

Khả năng chịu lực của kết cấu lắp ghép phụ thuộc nhiều vào chất lượng

đá cục nó làm giảm khả năng chịu lực của kết cấu lắp ghép Lớp nhồi có hiệu

quả nhất là nhồi bằng vữa xi măng – cát lẫn đá thải

phụ thuộc vào các liên kết kéo (thường là liên kết bu lông) khi liên kết chặt với đất đá nhờ nén trước (dự ứng lực ) hay nhờ nhồi chặt khoảng không gian còn lại

giữa đất đá và vị hầm bằng vữa xi măng cát với đá thải thì khi tính toán có thể xem như kết cấu nguyên khối

So với kết cấu nguyên khối, kết cấu lắp ghép có nhiều ưu điểm như: kết cấu được sản xuất hàng loạt trong các nhà máy hoặc là trên hiện trường nên tốc độ thi công nhanh hơn Thi công hàng loạt và cơ giới

Trong quá trình thi công, sử dụng kết cấu lắp ghép cũng cải thiện điều kiện

người và thiết bị thi công bên trong công trình

Tuy nhiên cũng có một số tồn tại: phải sử lý các mối nối, sự tồn tại của các

biệt tính chống thấm kém hơn

Trong điều kiện đô thị, các kết cấu bê tông lắp ghép được sử dụng hiệu quả nhất Sự tồn tại trong đô thị nhiều cơ sở công nghiệp lớn, nhiều công trình ngầm được xây dựng trong đô thị và có diện tích không lớn, khả năng sử dụng các thiết bị nâng chuyển công suất lớn - đó là những cơ sở chính để ứng dụng rộng rãi cấu kiện BTCT lắp ghép Kết cấu BTCT lắp ghép có chất lượng cao hơn đổ toàn khối tại vị trí công trình Kết cấu công nghiệp có thể làm cấu kiện mỏng, nhẹ tạo điều kiện giảm kích thước hố đào và giảm khối lượng công tác đất Kết cấu lắp ghép có thể có lớp chống thấm gia công sẵn mặt ngoài và xử lý chi tiết phía trong

Sử dụng kết cấu BTCT lắp ghép cho phép tiêu chuẩn hoá chi tiết Các khối định hình kích thước thống nhất đảm bảo sự thay đổi lẫn nhau và khả năng dùng chúng trong nhiều công trình ngầm khác nhau Để tăng mức độ lắp ghép của kết cấu giảm số lượng kích thước và mác cần thống nhất chi tiết lắp ghép kết cấu BTCT trong các thông số quy hoạch cơ bản, các tải trọng tính toán và các kích thước hình học của chúng

Giảm số lượng kích thước và mác cấu kiện sẽ tăng năng suất của thiết bị nhà máy, giảm giá thành và chi phí lao động sản xuất kết cấu BTCT ưu điểm sử dụng BTCT lắp ghép đã được khẳng định bằng thực tế xây dựng công trình ngầm trước tiên là ở Liên Xô (cũ), nơi lần đầu tiên trên thế giới áp dụng rộng rãi kết cấu BTCT lắp ghép trong các công trình ngầm

Vỏ hầm lắp từ các bản tubin là một đường ống có đường kính lớn Kích

ráp thuận lợi Khuôn đúc các bản có chiều dài tối đa là 200cm và tạo nên các mảnh ghép có trọng l-ợng không quá 1,5 tấn

Vỏ hầm BTCT lắp ghép có chủng loại rất đa dạng Để dễ nhận biết và áp dụng đúng mục đích sử dụng người ta tiến hành phân loại chúng theo tiết diện mảnh ghép và cấu tạo mối nối như trong bảng

Xác định kích thước vỏ hầm lắp ghép: Kích thước cơ bản của các mảnh ghép phụ thuộc vào những yếu tố sau :

tầm với của máy lắp nên chiều rộng còn phụ thuộc vào đường kính của tiết diện đường hầm

Có thể sơ bộ chọn chiều dài đốt b như sau :

Có ba cách cấu tạo các mảnh ghép của vành hầm :

- Trừ mảnh khóa còn lại chia đều chu vi đ-ờng hầm thành các đoạn bằng

mảnh K gọi là T (bên trái mảnh K) và P (bên phải mảnh K) và (n-2) mảnh

có cấu tạo giống nhau gọi là các mảnh N( normal) Cách này dễ dàng thay đổi vị trí khóa K để tạo mối nối dọc so le, chủng loại mảnh ghép ít

- Bổ sung thêm mảnh đáy M đúc sẵn để đặt đ-ờng ray, khi lắp vỏ hầm đồng thời có sẵn nền đường, để cao độ đỉnh ray bằng với cao độ qui định trong

các mảnh ghép N Mối nối giữa mảnh N và mảnh M có cấu tạo đặc biệt

- Cách thứ ba tương tự như cách thứ hai nhưng góc chắn cung αM = αN, vị trí mối nối được nâng lên cao, cấu tạo của mối nối giống như ở các mảnh loại N

đối với vỏ hầm BTCT Chiều rộng mặt phẳng đáy Bm chọn từ 220-240cm

Chiều dài lNcủa mảnh ghép thông thường N(tính theo đường kính ngoài) không nên vượt quá 250cm

Để chia vỏ hầm thành các mảnh ghép có chiều dài bằng nhau ta chia theo góc chắn cung

Nếu vỏ hầm có mảnh đáy thì có hai góc có số đo không bằng nhau là góc

Góc chắn mảnh khoá :

Góc chắn mảnh đáy có chiều rộng đáy B m :

Chiều dày h của mảnh ghép xác định theo công thức kinh nghiệm sau :

H=αD

α - hệ số kinh nghiệm lấy theo giá trị trong bảng dưới đây:

Cấu tạo các loại mối nối giữa các mảnh hầm lắp ghép

Các bản tubin hầm đ-ợc liên kết với nhau bằng bulông, đối với bản turbing

đai ốc vuông góc với hướng của thân bulông Bulông lắp cả ở bốn cạnh của bản Sau khi xiết bulông thì dùng vữa đắp kín hốc bulông để bảo vệ chống rỉ

Bulông xiên lắp sau khi đã ghép hai mảnh hầm lại với nhau, lỗ chôn đuôi bulông nhồi sẵn keo êpôxy, cắm bulông vào lỗ chôn từ phía hố chờ và đợi cho sau khi keo đóng rắn thì xiết chặt đai ốc và lấp vữa hố chờ

Đối với mối nối dùng bulông phẳng, mép của bản đặt sẵn những tấm thép chờ nằm trong hố chôn sâu vào trong bê tông và dùng bulông ngắn xiết ép hai bản thép ở mép của hai bản lại với nhau

Nếu mối nối của mảnh ghép chỉ chịu cắt thì giữa các mảnh ghép sử dụng liên kết chốt hoặc liên kết khớp - chốt kết hợp Chốt bằng thép đặt khít vào trong

hố chờ, mỗi đầu chốt ở trong một phía của mối nối, mỗi mối nối bố trí hai chốt Khớp nối là tạo cho mặt tiếp xúc của mối nối hai mặt cong lồi và lõm, bán kính mặt lõm lớn hơn bán kính mặt lồi, lỗ luồn chốt bố trí ở đỉnh của mặt cong Khi xây dựng công trình ngầm trong các điều kiện địa chất công trình phức tạp, người ta thường sử dụng kết cấu chịu lực bằng khối hay tubin gang Các vỉ tubin được sản xuất bằng cách đúc chúng trong các khuôn, sau đó xử lý cơ học các mép của chúng Gang cường độ cao (sản phẩm nấu lại phần thải của thép) đ-

ợc tạo ra ở Liên Xô (cũ) có độ bền kéo lớn (2,5-3 lần cao hơn gang xám), độ bền chống ăn mòn và chống cháy cao

Kết cấu đư ờng ngầm giao thông cơ giới BTCT lắp ghép - toàn khối Nếu các đường ngầm giao thông cơ giới đ-ợc bố trí ở đoạn cong của tuyến chúng đi qua sát các toà nhà hoặc trực tiếp dưới móng nhà, và các kích th-ớc mặt cắt ngang của đ-ờng ngầm thay đổi theo chiều dài thì kết cấu BTCT lắp ghép có thể không dùng được Trong những trường hợp này, người ta sử dụng kết cấu BTCT toàn khối hoặc kết hợp lắp ghép - đổ tại chỗ sẽ dễ dàng thích hợp với các điều kiện xây dựng đô thị và địa chất công trình khác nhau

Kết cấu đường ngầm bộ hành Đường vượt ngầm bộ hành có cấu tạo từ phần kín (đường ngầm) và cửa vào, cửa ra cầu thang, đ-ờng lăn hoặc băng tải Kết cấu đường ngầm bộ hành rất giống kết cấu đường ngầm giao thông cơ giới, tuy nhiên chúng có một số đặc điểm riêng Kết cấu BTCT lắp ghép định hình được thiết kế cho hệ một nhịp và 2 nhịp Kết cấu 1 nhịp rộng 4-6m được lắp ghép từ 3 loại cấu kiện: máng, 2 bức t-ờng và mái (hình IV.8a) Do kích thước đường ngầm bộ hành nhỏ hơn rất nhiều so với đường ngầm giao thông và lực

đường ngầm bộ hành được bố trí để côngxôn ở phần dưới tựa lên đất còn phân trên -có mút thừa để lắp đặt tấm mái

Khối tường có chiều rộng 1,48m, chiều dày 0,5-0,25m, còn trọng lượng

liên kết giữa các cấu kiện cũng được thực hiện như các kết cấu đường ngầm giao thông cơ giới

Đường ngầm bộ hành chiều cao thông thuỷ hơn 3m cho dòng người bộ

nhau bằng các tấm thép tạo thành khung biến hình 4 khớp kín, chỉ có thể làm việc với tải trọng ngoài kết hợp với đất xung quanh

6.3 CÁC CÔNG TRÌNH ĐẢM BẢO KỸ THUẬT VÀ PHỤC VỤ GIAO THÔNG TRONG HẦM

6.3.1 Thông gió

6.3.3.1.Tầm quan trọng của việc thông gió trong hầm

Khi các phương tiện giao thông qua lại trong hầm nhiên liệu bị đốt cháy sẽ thải vào trong hầm nhiều loại khí độc cùng bụi, khói, hơi nước, nhiệt độ cao, làm cho không khí trong hầm bị nhiễm bẩn Không khí bẩn gây nguy hại cho sức khoẻ của hành khách và công nhân khi lưu thông trong hầm

Mặt khác trong địa tầng cùng tồn tại nhiều loại khí độc như CO 2 , CH 4 ,

H 2 S do quá trình phân huỷ sinh vật hoặc phân giải hoá học của nước dưới đất Mục đích của thông gió là làm giảm bớt hoặc đẩy ra ngoài hầm các chất độc hại chứa trong khí thải từ các phương tiện đi lại, bao gồm cả khí CO có ảnh hưởng độc hại đến con người, bồ hóng có hại đối với môi trường thị giác và khí NOx hiện nay đang là một vấn đề với môi trường Hầm là một khoảng không gian hẹp và sự tập trung của các chất độc được tích luỹ dần dần do các phương tiện qua lại nếu không khí trong hầm không được thổi đi

Thông thường thì khí CO và bồ hóng là những yếu tố chính cần chú trọng trong khi thiết kế thông gió hầm Bởi vì khí NOx có sự tập trung chất thải thấp hơn CO nên nếu hệ thống thông gió được thiết kế đủ để giảm bớt khí CO thì cũng làm giảm bớt khí NOx

Để đảm bảo sức khoẻ và tính mạng của công nhân và hành khách khi lưu thông trong hầm, cần đảm bảo sao cho không khí trong hầm có tỷ lệ chất khí độc

và các loại bụi, khói ở dưới mức cho phép của qui phạm vệ sinh công nghiệp Muốn không khí trong hầm luôn trong sạch cần phải đưa vào hầm một lượng không khí sạch cần thiết để hoà loãng và đẩy khí độc ra ngoài-quá trình ấy gọi là thông gió

Để làm không khí chuyển động qua hầm có thể dựa vào các yếu tố tự nhiên Song với hầm dài, hầm cong hoặc hầm có dốc âm cần có các biện pháp đẩy, hút gió vào hầm mới đảm bảo đủ lưu lượng cần thiết

Quá trình ấy đòi hỏi phải có nhiều thiết bị, năng lượng cho hệ thống thông gió hoạt động Nhiều trường hợp công trình thông gió chiếm tỷ lệ quá lớn trong quá trình xây dựng hầm

Khi thiết kế hầm cần lưu ý tới việc thông gió để thiết kế sao cho tăng hiệu quả của việc thông gió tự nhiên, giảm được chi phí xây dựng hệ thống thông gió nhân tạo

Không khí sạch là không khí có tỷ lệ nhất định vể các chất khí, có rất ít bụi

và tỷ lệ các chất khí độc ở dưới mức cho phép

Độ sạch yêu cầu của không khí do khói và CO phải được tính toán để xác định hệ thống thông gió Tùy theo các nước và tiêu chuẩn thiết kế, các công thức tính toán, số liệu ban đầu có thể khác nhau, tiếp theo sẽ giới thiệu công thức và các bảng tính độ sạch yêu cầu của không khí xuất phát từ PIARC (Hội Nghị Thường Trực Hiệp Hội Quốc Tế Đường Bộ) các năm 1987 và 1991 và của CHLB Nga

6.3.3.2 Thông gió tự nhiên:

Để đưa lưu lượng khí sạch vào hầm có nhiều giải pháp, trong đó có việc không khí tự lưu thông qua hầm do tác dụng của các điều kiện tự nhiên, gọi là thông gió tự nhiên

Các điều kiện tự nhiên tác động là không khí lưu thông qua hầm bao gồm:

Ta biết rằng càng lên cao áp lực không khí càng giảm Khi giữa hai của hầm có chênh lệch độ cao là H thì chiều cao cột thuỷ ngân (của khí áp kế) có chênh lệch độ cao là Δh(mm)

Nếu tính đổi ra milimét cột nước thì chênh lệch apá suất không khí giữa 2 cửa hầm là :

hH = 13,6 - Δh, mm cột nước

Đương nhiên phía cửa hầm thấp sẽ có áp suất lớn hơn và không khí sẽ chuyển động qua hầm để lên cưả hầm cao, là nơi có áp suất nhỏ hơn

Về mùa hè, do không khí bên ngoài hầm bị đốt nóng nên nhiệt độ cao hơn trong hầm và nhiệt độ ở cửa hầm dưới sẽ cao hơn nhiệt độ không khí ở cửa hầm trên Do không khí trong hầm lạnh hơn nên áp suất không khí trong hầm lớn hơn

áp suất không khí phía cửa hầm dưới nên có chuyển động của không khí từ trong hầm xuống cửa hầm thấp

Về mùa đông nhiệt độ không khí bên ngoài thấp hơn nhiệt độ trong hầm nên có sựchuyển động của không khí từ cửa hầm thấp qua hầm ra cửa hầm cao

Do chênh lệch nhiệt độ trong và ngoài hầm dẫn tới chênh lệch áp suất trong

và ngoài hầm tính theo công thức:

Trong đó :

- γ : trọng lượng riêng của không khí ngoài hầm

- H : chênh lệch độ cao giữa hai cửa hầm

- tt: nhiệt độ trong hầm

- tn: nhiệt độ không khí bên ngoài hầm

3 Chênh lệch áp suất do chuyển động của gió thiên nhiên bên ngoài hầm

Khi bên ngoài hầm có gió thiên nhiên chuyển động, không khí sẽ thổi vào hầm Áp suất do gió thiên nhiên tuỳ thuộc vào vận tốc chuyển động của chúng

và hướng gió so với cửa hầm Nếu cửa hầm thẳng với hướng gió thì áp suất lớn

và luồng không khí vào hầm nhiều, còn khi cửa hầm vuông góc với hướng gió thì gió chỉ lướt qua mà không vào được trong hầm

Áp suất chênh lệch do gió thiên nhiên là:

Trong đó :

- γ: trọng lượng riêng của không khí

- v: vận tốc gió thiên nhiên bên ngoài

- g: gia tốc trọng trường

6.3.3.3 Tác dụng pistion của đoàn tàu đối với thông gió trong hầm đường sắt; Với hầm đương sắt, do tiết diện ngang của đoàn tàu choán gần hết tiết diện ngang của hầm nên khi tàu chạy, không khí trong hầm bị dồn nén và đẩy ra ngoài, không khí ngoài hầm bị hút theo tàu qua cửa hầm Quá trình đó là cho một lưu lượng không khí sạch đi vào hầm tạo nên sự thông gió

Khi đoàn tàu chạy không khí phía trước đoàn tàu bị dồn nén và đẩy đi, tạo

ra ở đuôi tàu khoảng trống có áp suất không khí thấp không khí bên ngoài tràn vào đuổi theo tàu để chiếm khoảng trống đó Nếu tàu chạy càng nhanh thì vận tốc chuyển động của luồng không khí đuổi theo phía sau càng lớn

Sau khi tàu ra khỏi hầm, tác dụng piston mất đi Lúc này luồng không khí phía sau tiếp tục chuyển động nhờ vào vận tốc sẵn có của nó Vận tốc luồng khí chuyển động trong hầm sau khi tàu ra khỏi hầm V k

Trong đó: L: chiều dài hầm

hầm

- ζThệ số trở lực của hầm; ζT = 1,5 + μ - [(Lh -lt )/(4R)]

- μ: hệ số ma sát giữa không khí với thành hầm;

- Lh: chiều dài hầm;

- lt : chiều dài đoàn tàu;

Thời gian để luồng khí phía sau chuyển động tiếp tục cho đến khí kết thúc việc thông gió piston tính theo:

Trong đường sắt, yêu cầu sau khi tàu qua khỏi hầm 15 phút, không khí trong hầm phải trở lại bình thường như trước khi tàu vào hầm Như vậy tk ≤ 15 phút

không thể di chuyển hết chiều dài hầm Trường hợp ngoài cửa ra có gió thổi ngược vào hầm thì gây cản trở sự thoát ra của luồng khí trong hầm Những tình huống trên làm không khí bẩn bị quẩn ở trong hầm Khi đó cần bố trí thêm thiết

bị quạt gió để đẩy hết không khí bẩn ra ngoài

Theo công thức nêu trên, vận tốc luồng không khí đuổi theo tàu tỷ lệ thuận với vận tốc đoàn tàu Vì thế muốn tăng tác dụng piston của đoàn tàu cần tăng vận tốc của nó Đồng thời tiết diện ngang của hầm càng gần sát với khổ giới hạn

6.3.3.4 Thông gió nhân tạo:

Khi lưu lượng không khí vào hầm và ra khỏi hầm do thông gió tự nhiên hay

do tác dụng piston của đoàn tàu không đảm bảo lưu lượng yêu cầu thì cần phải thông gió nhân tạo

Thông gió nhân tạo thực hiện bằng quạt đẩy gió vào hầm hay hút gió bẩn trong hầm ra ngoài bằng các thiết bị quạt gió và dẫn gió

Các phương pháp thông gió nhân tạo dựa trên phương pháp dẫn gió trong hầm Có thể phân làm thông gió dọc, thông gió ngang và thông gió hỗn hợp 5.8 1 Thông gió dọc:

Hệ thống thông gió dọc sử dụng toàn bộ tiết diện hầm làm đường ống thông gió với luồng khí thông chạy theo hướng dọc đối với một đường cao tốc giữa hai thành phố dự kiến là nơi có điều kiện giao thông đi lại tự do thì hệ thống này là kinh tế nhất do có lực thông gió giao thông(ảnh hưởng Piston) đối với việc thiết kế một đường hầm hai làn trong khi thi công giai đoạn đầu thì hệ thống thông gió dọc có thể được áp dụng có tính đến việc sửa đổi trong tương lai thành hầm một chiều

Thông gió dọc là làm cho không khí chuyển động dọc theo chiều dài hầm Khi đó đường dẫn gió chính là lòng hầm Với những hầm dài, do lực cản lớn nên có thể sử dụng các giềng đứng để chia làm nhiều đoạn, trong các đoạn đó không khí chuyển động dọc theo hầm (hình)

Sơ đồ thông gió dọc

Sơ đồ thông gió dọc sử dụng quạt đặt dọc hầm

Không khí được đưa vào theo buồng dẫn gió bố trí trên trần hoặc dưới đáy hầm Không khí thoát ra và bốc lên trần hầm bị hút vào buồng dẫn gió ra và đẩy

Hệ thống thông gió ngang có các khoảng không đường ống sử dụng chung

cả cung cấp và xả khí được cung cấp tách biệt từ khoảng không đường trong tiết diện hầm Việc thông gió được tiến hành bằng cách đưa khí sạch qua khoảng không đường từ ống cung cấp khí đến đường ống xả khí với luồng gió thông đi theo hướng ngang Hệ thống thông gió này có thể thông gió hầm không cần đến các điều kiện giao thông và thích hợp với các hầm đường bộ trong đô thị có lưu lượng giao thông lớn và có các đoạn đường dốc ở đoạn giữa

Do bố trí đường dẫn gió vào hầm riêng biệt nên không khí trong ống dẫn có thể thổi với vận tốc lớn hơn 16 - 20 m/s Lượng không khí thoát ra từ ống dẫn bằng van điều chỉnh sao cho tại mọi mặt cắt ngang đều có lưu lượng như nhau Nếu hầm quá dài, việc cấp gió vào và hút gió ra có thể dùng các giếng đứng, khoảng cách các giếng có thể cách nhau 1200m-1600m (Hv 4.6) Trong mỗi giếng như vậy có thể bố trí một nửa ép gió vào, còn một nửa tiết diện giếng dùng để hút gió ra

Phương pháp thông gió ngang có ưu điểm là không khí chuyển động trong hầm điều hoà, không gây lực cản lớn đối với chuyển động của tàu xe

Khi có xảy ra hoả hoạn tại khu vực nào chỉ cần đóng van gió ngang tại khu vực đó

Nhược điểm của phương pháp này là chi phí lớn cho hệ thống thiết bị cấp dẫn và thoát gió

Sơ đồ thông gió ngang

5.8.3 Hệ thống thông gió bán ngang (Thông gió hỗn hợp):

Đó là sự kết hợp giữa thông gió dọc và thông gió ngang Gió đưa vào hầm theo đường dẫn riêng và theo những đường dẫn ngang và van gió để thoát ra 2 cửa hầm ( hình 4.7 )

Vì cấp gió vào hầm bằng đường dẫn riêng nên tốc độ chuyển động của không khí trong đó có thể rất mạnh (16-20m/s) để đi được xa Còn khi gió thoát

ra, do điều chỉnh van xả nên vận tốc chuyến động của gió dọc hầm có thể giữ ở mức 5-6 m/s Theo phương pháp này có thể thông gió cho những hầm ôtô dài đến 1.600 mm có mật độ xe chạy cao chỉ bằng 2 trạm quạt gió đặt ở 2 cửa hầm

Phương pháp hỗn hợp còn có ưu điểm là giảm được chi phí xây dựng hệ thống đường dẫn gió ra

6.3.1 Cấp, thoát nước cho công trình tàu điện ngầm

Công trình tàu điện ngầm phải có hệ thống cấp, thoát nước nội bộ hoặc hệ thống riêng cho nước sinh hoạt, nước chống cháy và nước công nghệ.Phải xem xét thiết kế hệ thống xử lý nước thải cục bộ trong công trình ngầm trước khi tiêu thoát chúng ra hệ thống thoát nước của khu vực đô thị

Yêu cầu kỹ thuật của hệ thống cấp, thoát nước sinh hoạt và công nghệ tuân thủ các tiêu chuẩn áp dụng cho công trìnhvề cấp, thoát nước trong nhà và công trình

Công trình tàu điện ngầm phải có hệ thống thu gom, thoát nước rò rỉ từ vỏ hầm hỏng lớp chống thấm, khi cứu hoả, khi rửa công trình, khi các thiết bị công nghệ làm việc

6.3.2 Cấp điện, chiếu sáng cho công trình tàu điện ngầm

Cấp điện cho công trình tàu điện ngầm phải được thực hiện từ 2 nguồn cấp độc lập của hệ thống điện thành phố và phải đủ công suất hoạt động cho hệ thống khi một nguồn cung cấp bị gián đoạn

Độ tin cậy cấp điện theo thứ tự ưu tiên như sau:

a) Loại đặc biệt: thông tin liên lạc, điều khiển chạy tàu, điều khiển tự động từ xa các thiết bị điện và chiếu sáng sự cố

b) Loại I: mạng phụ tải, thang máy, lưới chiếu sáng phục vụ trong tuyến hầm, thiết bị tự động báo cháy, dập cháy, đuổi khói, thoát nước, bảo vệ và thiết

bị trả tiền tự động

c) Loại II: lưới điện chiếu sáng phục vụ tại nhà ga,