Hiện nay, tại thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai, ngoài công tác bồi thường giải phóng mặt bằng, một trong những nguyên nhân chậm tiến độ triển khai các dự án còn phải kể đến việc di dời
CƠ SỞ LÝ THUYẾT - HẦM KỸ THUẬT VÀ QUY HOẠCH HỆ THỐNG HẠ TẦNG KỸ THUẬT ĐÔ THỊ
Tình hình xây dựng và phát triển hầm kỹ thuật trên thế giới và Việt Nam
Từ xa xưa, các quốc gia đã khai thác không gian ngầm dưới lòng đất để xây dựng mạng kỹ thuật ngầm, bao gồm điện, cấp và thoát nước, cáp thông tin, cáp truyền hình, gas và hơi nước Việc này giúp họ tránh các chướng ngại vật trên mặt đất và thuận tiện cho việc lắp đặt hệ thống mạng kỹ thuật tại những khu vực có nhu cầu sử dụng.
Từ thế kỷ 19, các quốc gia đã khai thác hiệu quả không gian ngầm để thiết lập hệ thống mạng kỹ thuật Hệ thống này được phân loại thành ba nhóm chính: đào rãnh, hộp ống dẫn và hầm kỹ thuật Đào rãnh là quá trình tạo ra các rãnh dọc dưới các trục đường đô thị, nơi mà các đường ống kỹ thuật được lắp đặt bên trong và sau đó được lấp lại bằng vật liệu địa phương như đất, cát và đá sỏi.
Hộp ống dẫn cáp điện là một cấu trúc hình chữ nhật được thiết kế với các vách ngăn bên trong, chia thành nhiều ngăn nhỏ để chứa đựng các đường ống kỹ thuật Hình 1.1 minh họa kiểu đào rãnh cáp điện ở Anh, trong khi Hình 1.2 thể hiện kiểu hộp ống dẫn cáp điện ở Texas.
Hình 1.3 Kiểu hộp ống dẫn ở Singapore a – Hộp ống dẫn có nhiều ngăn ; b – Hộp ống dẫn chứa 1 tuyến kỹ thuật
Hầm kỹ thuật là hệ thống hầm dùng để đặt cáp ngầm và các đường ống dẫn, đủ không gian cho công nhân hoặc xe kỹ thuật làm việc Có hai loại hầm kỹ thuật: hầm cho công trình và hầm đặc biệt Hầm kỹ thuật cho công trình phục vụ các tuyến kỹ thuật cho các công trình lớn như trường đại học, khu nhà cao tầng và ga tàu điện ngầm, bao gồm các tuyến điện, cáp, gas, hơi nước nóng và hệ thống điều hòa, nhưng không có tuyến cấp nước và thoát nước Hầm kỹ thuật đặc biệt phục vụ cho các tuyến kỹ thuật có quy mô lớn, như khu công nghiệp và thành phố, bao gồm các tuyến điện năng, cáp, nước sạch và nước thải.
Việc xây dựng các đường ống kỹ thuật ngầm ở đô thị phụ thuộc vào quy mô xây dựng và là giải pháp hiệu quả để giảm thiểu ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến giao thông và sinh hoạt Các quốc gia đang đầu tư vào mạng kỹ thuật ngầm quy mô lớn nhằm đảm bảo chất lượng và tuổi thọ công trình, đáp ứng nhu cầu hiện tại và tương lai của đô thị Hầm kỹ thuật là giải pháp tối ưu, được áp dụng phổ biến ở các thành phố hiện đại trên thế giới để phục vụ nhiều mục đích khác nhau.
Tuyến đường hầm kỹ thuật dài 7.4 km tại Thành phố Tsukuba Science, Nhật Bản, được thiết kế để chứa các ống dẫn nước thải, ống cung cấp hệ thống điều hòa và nước nóng, cáp điện năng, đường dây điện thoại, cùng cáp CATV.
- Tuyến đường hầm kỹ thuật chính phục vụ cơ sở hạ tầng cho Trường Đại học Washington ở Mỹ và các công trình lân cận (hình 1.5)
Hình 1.4: HKT ở Tsukuba Science Hình 1.5: HKT của Trường ĐH Washington
Tuyến đường hầm hơi nước và các ống dẫn nước, gas, điện cung cấp hệ thống máy điều hòa cho Thành phố Sydney và trường Đại học Wimbledon.
Hình 1.6 Tuyến HKT ở Sidney Hình 1.7 Tuyến HKT ở Wimbledon
Tuyến điện ngầm 230kV nối từ trạm điện Lardprao đến trạm Vibhavadi ở Bangkok dài khoảng 7km, với vỏ hầm dạng tròn có đường kính trong 2.6m Các đơn nguyên vỏ hầm được đúc sẵn tại nhà máy và thi công bằng phương pháp kích đẩy kết hợp với máy đào kiểu cân bằng áp lực Thời gian xây dựng diễn ra từ năm 1999 đến 2002.
Hiện tại, HongKong có 4 tuyến đường hầm cáp điện, bao gồm tuyến Wah Fu-Bowen dài 3.1km, Nam Fung-Parker dài 5.7km, và hai tuyến Tin Wan-Wah Fu cùng Cyberport-Wah Fu đều dài 0.8km Trong số này, hai tuyến Wah Fu và Nam Fung cho phép xe chuyên dụng hoạt động Tuyến Wah Fu - Bowen có mặt cắt ngang dạng vòm với kích thước 8mx4.5m và được hoàn thành vào năm 1993.
Đường hầm cáp điện đầu tiên ở Singapore dài 2.6 km dưới biển, kết nối đảo Pulau Seraya với đất liền Singapore Tuyến đường này được xây dựng từ năm 1980, với vỏ hầm dạng hình hộp đôi được đúc sẵn thành từng phân đoạn tại nhà máy, có kích thước 4.425 m x 11.79 m.
Hình 1.9 Các tuyến đường hầm cáp điện a - Wah Fu – Bowen ; b - Pulau Seraya
Tuyến đường hầm đôi PCP dài 600km ở Thành phố New York được thiết kế để vận chuyển hàng hóa từ các trạm trung tâm đến các khu vực ngoại ô và ngược lại Hệ thống này giúp tiết kiệm chi phí vận tải, giảm tắc nghẽn giao thông và ô nhiễm môi trường đô thị so với phương thức vận chuyển truyền thống Các loại hàng hóa bao gồm chất thải rắn từ nhà máy, thư tín, bưu phẩm, hàng hóa pallet và hàng hóa dân sự thông thường Bên trong đường hầm, các ống dẫn bằng thép được lắp đặt để vận chuyển hàng hóa, sử dụng hệ thống đường ray điện từ trường hoặc bơm khí hơi.
Hình 1.10 và Hình 1.11 minh họa cấu trúc của hệ thống MCN đường hầm đôi và hầm đơn PCP Cấu trúc bao gồm các thành phần chính như vỏ hầm bêtông, hộp ống thép chứa hàng hóa, bánh xe thép, thanh ray thép, mặt sàn bêtông, ống thoát nước đứng và ống thoát nước dọc.
Đường hầm Fuchsloch, dài 4.6 km, là hệ thống thoát nước thải từ Thành phố Rorschach đến Altenrhein, Thụy Sỹ Hầm có chế độ nước chảy tự do với độ dốc dọc i = 0.8% Công trình được xây dựng từ năm 1969 đến 1971, với vỏ hầm dạng tròn được đúc sẵn, có đường kính trong là 3.4 m.
Hình 1.12 Đường hầm thoát nước thải Fuchsloch a - Thi công lớp cách nước bên trong vỏ hầm; b - Kiểm tra mối nối vỏ hầm
Đường hầm vận chuyển nước sạch dài 26 km kết nối Woodinville với Puget Sound tại Mỹ Vỏ hầm được lắp ghép, với đường kính bên trong dao động từ 4m đến 6m.
Tuyến đường hầm Miri cung cấp nước sạch cho Thành phố Sarawak, Malaysia, với tổng chiều dài 2.2 km Vỏ hầm có dạng tròn, được cấu tạo từ các khối bê tông lắp ghép chế tạo sẵn tại nhà máy, có đường kính trong là 2.2 m Toàn tuyến bao gồm 13,000 đoạn vỏ hầm lắp ghép.
Hình 1.13 Mặt bằng tuyến hầm nước sạch Woodinville Hình 1.14 Tuyến hầm Miri
Sự cần thiết phải xây dựng hầm kỹ thuật
Việc đặt đường ống bằng cách đào rãnh có ưu điểm là thi công đơn giản, sử dụng vật liệu địa phương và chi phí đầu tư thấp Tuy nhiên, phương pháp này cũng có nhược điểm như gây cản trở giao thông, tạo ra tiếng ồn trong quá trình thi công, và tăng nguy cơ làm hỏng các tuyến kỹ thuật xung quanh, chẳng hạn như việc cắt nhầm vào đường ống điện thoại khi lắp đặt.
Hộp ống dẫn có thể thi công bằng phương pháp đào lộ thiên hoặc đào ngầm, với không gian ngầm nhỏ hơn so với đào rãnh Tuy nhiên, nếu dự đoán nhu cầu sử dụng trong tương lai không chính xác, sẽ phát sinh chi phí xây dựng tuyến mới Việc kiểm tra và sửa chữa được thực hiện bằng robot mini, với thiết bị chỉ có thể vào ống qua các hố thăm Tuyến này chỉ phù hợp cho các đường ống kỹ thuật không ảnh hưởng đến các đường ống khác như cáp thông tin, cáp truyền hình và cáp điện, và không thể bố trí tuyến nước hay gas trong hộp ống dẫn có chứa cáp thông tin.
Việc xây dựng Hầm kỹ thuật giúp khắc phục những nhược điểm hiện có, đồng thời cung cấp giải pháp hiệu quả cho việc chứa các tuyến ống kỹ thuật Hầm kỹ thuật mang lại nhiều ưu điểm nổi bật, góp phần nâng cao hiệu quả trong quản lý và vận hành hệ thống kỹ thuật.
Tiết kiệm diện tích xây dựng trên mặt đất giúp giảm thiểu chi phí đền bù giải phóng mặt bằng, đồng thời nâng cao hiệu quả quy hoạch không gian đô thị.
Hầm kỹ thuật kết nối các tuyến kỹ thuật, tạo điều kiện thuận lợi cho công tác quản lý Đồng thời, hầm cũng giúp giảm thiểu việc đào đắp thường xuyên trên các đường đô thị khi xử lý các tuyến kỹ thuật ngầm.
- Nhân viên kỹ thuật dễ dàng vào đường hầm nhờ các cửa chính ra-vào, hố thăm
Việc xác định chính xác vị trí các đường ống kỹ thuật trong đường hầm giúp giảm nguy cơ hư hỏng cho các công trình ngầm xung quanh, đồng thời tiết kiệm thời gian và chi phí trong việc phát hiện sự cố Điều này cũng tạo điều kiện thuận lợi cho công tác duy tu, sửa chữa và nâng cấp tuyến được thực hiện dễ dàng hơn.
Các tuyến đường ống kỹ thuật được bố trí bên trong đường hầm với sự cách ly an toàn và được bảo vệ bởi vỏ hầm, giúp tăng tuổi thọ sử dụng và đảm bảo an toàn Nhờ đó, có thể sử dụng đường ống dẫn với vỏ bằng vật liệu rẻ tiền hơn so với các phương pháp khác như đào rãnh.
Một số tuyến kỹ thuật như gas, nước, và điện năng thường gặp phải tình trạng mất mát năng lượng trong quá trình luân chuyển qua ống dẫn Điều này dẫn đến việc cần xây dựng nhiều nhà máy tích trữ năng lượng trên mặt đất và sử dụng ống dẫn có kích thước lớn để giảm thiểu năng lượng mất mát Việc xây dựng hầm kỹ thuật sẽ giúp giảm kích thước đường ống dẫn và giảm số lượng nhà máy cần thiết trên mặt đất.
Việc xây dựng đường hầm cáp ngầm cho tuyến cáp thông tin - viễn thông sẽ giúp giảm thiểu tối đa khả năng bị nhiễu sóng bên trong ống cáp.
Hầm kỹ thuật được thiết kế với không gian dự trữ cho sự phát triển trong tương lai, giúp giảm thiểu chi phí đầu tư khi cần nâng cấp hoặc mở rộng quy mô tuyến Việc mở rộng chỉ yêu cầu đầu tư vào các đường ống dẫn và máy móc chuyên dụng phục vụ cho hệ thống này.
Việc xây dựng các tuyến điện - cáp trên mặt đất thường được bố trí ở trên cao, gây mất mỹ quan đô thị và làm khó khăn cho công tác chữa cháy trong trường hợp hỏa hoạn Do đó, cần có giải pháp để thông thoáng đô thị và làm nổi bật kiến trúc cảnh quan.
- Tăng cường và bảo vệ môi trường
Tuy nhiên, hầm kỹ thuật cũng có một số hạn chế nhất định [14]:
Đầu tư xây dựng hầm kỹ thuật yêu cầu chi phí lớn, vì vậy việc đánh giá chính xác kích thước mặt cắt ngang của hầm là rất quan trọng Cần xem xét sự mở rộng trong tương lai và việc cung cấp thêm các tuyến kỹ thuật mới để tránh lãng phí.
Cần thiết phải lắp đặt thêm hệ thống thông gió, chiếu sáng, thoát nước và phòng chống cháy nổ trong đường hầm, cũng như đảm bảo các lối thoát hiểm khẩn cấp Đồng thời, việc kiểm soát chặt chẽ các lối vào đường hầm cũng rất quan trọng.
- Phải có giải pháp đặc biệt để phòng chống mối nguy hiểm khủng bố
Khi thực hiện xây dựng hoặc sửa chữa lớn, cần phải có sự chấp thuận từ các cơ quan ban ngành liên quan đến công trình xây dựng trên mặt đất Đồng thời, cần áp dụng các biện pháp để đảm bảo không gây ảnh hưởng đến các công trình khác xung quanh.
- Yêu cầu chiếm nhiều không gian ngầm bên dưới mặt đất để xây dựng tuyến hầm so với đào rãnh và hộp ống dẫn
Thành phố Biên Hòa, trung tâm tỉnh Đồng Nai, đang đối mặt với cơ sở hạ tầng lạc hậu Hệ thống mạng kỹ thuật đô thị được bố trí nông và chồng chéo, gây khó khăn trong việc sửa chữa và nâng cấp Mỗi khi cần bảo trì, việc đào xới mặt đường và vỉa hè là cần thiết, dẫn đến khó khăn trong giao thông và ảnh hưởng đến mỹ quan của thành phố.
QUY HOẠCH, THIẾT KẾ HẦM KỸ THUẬT
Quy hoạch mặt bằng hầm kỹ thuật
Nhiều hội thảo khoa học đã diễn ra, với sự tham gia của các chuyên gia hàng đầu trong và ngoài nước, nhấn mạnh tầm quan trọng của quy hoạch không gian ngầm đô thị để quản lý và sử dụng hiệu quả không gian đô thị Tuy nhiên, hiện tại, chúng ta vẫn chưa có một quy hoạch không gian ngầm hoàn chỉnh cho các thành phố.
Hiện nay, quy hoạch vẫn được thực hiện theo từng ngành riêng lẻ như giao thông, điện, thông tin và cấp nước, dẫn đến tình trạng các đơn vị quy hoạch độc lập với tọa độ và cao độ khác nhau, có thể gây trùng lặp khi kết hợp Mặc dù hệ thống metro đã có quy hoạch tương đối rõ ràng với các yếu tố như giao thông, cấp thoát nước, điện và thông tin, nhưng vẫn thiếu các công trình phục vụ cho hệ thống khác Quy hoạch hiện tại có thể chưa gây ảnh hưởng lớn ngay lập tức, nhưng sẽ dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng trong tương lai, như hệ thống ngầm phức tạp, khó khăn trong xây dựng và quản lý.
Hệ thống hạ tầng kỹ thuật hiện nay được quy hoạch theo tổng thể khu vực dự án, đặc biệt là quy hoạch giao thông Các tuyến hầm kỹ thuật được bố trí theo bình đồ và nằm dưới các trục đường chính của đô thị, tạo thành một mạng lưới ô bàn cờ kết nối giữa các tuyến phố lớn và phố nhánh.
Kết hợp phương án tuyến trên với mạng lưới ngầm hiện có để lựa chọn tuyến không giao cắt với mạng lưới ngầm trong khu vực và các móng ngầm của công trình đô thị Có hai phương pháp chính để điều chỉnh hướng tuyến.
Tuyến hầm kỹ thuật cần được đặt hoàn toàn dưới các công trình ngầm đô thị, đảm bảo chiều sâu an toàn giữa các công trình theo quy trình hiện hành Đồng thời, tuyến này cũng được bố trí nằm trên các tuyến đường hầm khác như hầm ôtô, tàu điện ngầm và xe lửa.
Tránh tuyến bằng đường cong nằm với bán kính tối thiểu R@0m là cần thiết Đối với hầm kỹ thuật trong công trình, tuyến có thể được xác định trong phạm vi xây dựng để kết nối các khối công trình chính.
Tàu điện ngầm (Metro) ở Hà Nội: UMRT2 Nội Bài - Hà Đông
Hình 2.2 Vị trí tuyến hầm kỹ thuật theo quy hoạch ở TP HCM
Sơ đồ 6 tuyến Đường sắt đô thị ở Hà Nội
Trắc dọc
Các tuyến hầm kỹ thuật thường có trắc dọc một hướng dốc, nhưng trong một số trường hợp đặc biệt, có thể có cấu tạo hai hướng dốc hoặc nhiều độ dốc với trắc dọc lồi lõm Độ dốc dọc của mặt sàn hầm kỹ thuật không vượt quá 10‰, không phụ thuộc vào dạng trắc dọc Để đảm bảo thoát nước hiệu quả và giữ cho mặt sàn luôn khô ráo, độ dốc ngang của mặt sàn đường hầm kỹ thuật được thiết kế là 2%, tính từ tim tuyến.
Kết cấu vỏ hầm kỹ thuật
Hầm kỹ thuật thường được xây dựng trong đô thị, do đó cần áp dụng cơ giới hóa trong quá trình thi công Kết cấu vỏ hầm được chế tạo tại các nhà máy và sau đó được vận chuyển đến công trường để lắp đặt theo thiết kế Có ba loại kết cấu vỏ hầm chính: kết cấu đơn nguyên liền khối hình chữ nhật, hình tròn và kết cấu vỏ hầm lắp ghép.
Kết cấu đơn nguyên liền khối hình chữ nhật bao gồm các đơn nguyên hình chữ nhật được liên kết bằng mối nối phun bêtông, thường được xây dựng trên các khu đất trống trải hoặc nền đất tốt Phương pháp thi công đường hầm được thực hiện theo phương pháp lộ thiên.
Kết cấu đơn nguyên liền khối hình tròn bao gồm các đơn nguyên hình tròn liên kết với nhau qua mối nối phun bêtông, được xây dựng sâu dưới các trục đường, xuyên qua núi hoặc khu vực có đất nền yếu no nước Phương pháp thi công áp dụng là đào ngầm - kích đẩy, và kết cấu vỏ hầm cần được kiểm toán để đảm bảo khả năng chịu lực kích đẩy trong quá trình lắp đặt.
Các dạng mặt cắt ngang của hầm kỹ thuật
Hiện nay, không có tiêu chuẩn hay quy trình cụ thể nào trên thế giới quy định hình dạng và kích thước mặt cắt ngang của đường hầm Tuy nhiên, các quy định hiện hành yêu cầu kích thước tối thiểu cho hành lang đi bộ của nhân viên kỹ thuật là không nhỏ hơn 0,9m x 1,93m (rộng và cao).
Dựa trên quy mô xây dựng hệ thống kỹ thuật trên mặt đất và nhu cầu phát triển tương lai, cần kết hợp với “hành lang đi bộ tối thiểu” để xác định kích thước mặt cắt ngang, quy mô và cách bố trí hợp lý cho hệ thống đường ống dẫn trong đường hầm.
2.4.1 Mặt cắt ngang hầm kỹ thuật cho công trình Đối với các công trình có quy mô xây dựng tương đối nhỏ hoặc các đô thị nhỏ: hệ thống tuyến kỹ thuật thường là tuyến điện năng, cáp viễn thông các loại, nước thải, nước sạch Do đó, bên trong hầm việc bố trí các đường ống tương đối đơn giản Tuyến đường ống nước thường được bố trí trên mặt sàn đường hầm, các tuyến khác được bố trí trên các giá chống đỡ hoặc các thanh treo bằng sắt tráng kẽm, kim loại nhẹ Hầm thường có dạng hình chữ nhật hoặc tròn Mặt cắt ngang loại này rất thích hợp áp dụng cho khu vực thành phố Biên Hòa (hình 2.3; 2.4)
Hình 2.3 minh họa MCN của HKT, trong khi Hình 2.4 thể hiện cấu tạo HKT tại Singapore Cấu trúc bao gồm các thành phần như cáp điện, vỏ hầm bêtông, tuyến cấp nước, tuyến thoát nước thải, lớp bêtông lót, lớp đá dăm, đất nền và đất đắp.
Khi thiết kế hầm kỹ thuật cho các công trình lớn hoặc khu đô thị mới dưới 30ha, cần xây dựng hệ thống kỹ thuật bao gồm điện, cáp, cấp thoát nước, gas, hơi nước và ống cho hệ thống điều hòa Tuyến ống nước được đặt trên mặt sàn, trong khi tuyến hơi nước nằm ở vị trí cao nhất để bảo vệ nhân viên kỹ thuật Tuyến gas cũng cần được che chắn để đảm bảo an toàn Khoảng không gian giữa các giá đỡ phải đủ rộng để nhân viên có thể thao tác dễ dàng Hệ thống đường ống cáp - điện có thể được bố trí ở một bên, đối diện với tuyến ống nước.
Hình 2.5 HKT khu đô thị mới ở Singapore 1-vỏ hầm; 2-đèn chiếu sáng; 3-vách ngăn; 4-điện cao thế; 5-điện hạ thế; 6-cáp viễn thông; 7-gas công nghiệp (N
2); 8-gas nhiên liệu; 9-cấp nước sạch; 10-thoát nước mưa, nước thải
Hình 2.6 HKT dạng tròn Tuyến đường sắt số 2 - UMRT2 Hà Nội
Hình 2.7 HKT của Trường Đại học ITER 1-đèn chiếu sáng; 2-hơi nước; 3-điện hạ thế; 4-điện cao thế; 5-nước sạch; 6-cáp viễn thông; 7-khí gas
Khi xây dựng tuyến hầm kỹ thuật chính, việc bố trí các đường ống bên trong hầm là một nhiệm vụ phức tạp Cần thiết phải có các kết cấu che chắn để đảm bảo an toàn cho các đường ống, cùng với “sàn lửng” và cầu thang để công nhân có thể thực hiện bảo trì Hầm có kích thước mặt cắt ngang lớn, tương tự như các đường hầm giao thông cơ giới, với hình dạng hình chữ nhật hoặc hình tròn kép, và kích thước tối thiểu là 8m x 5m (rộng x cao).
Hình 3.8 mô tả HKT dạng chữ nhật của Thành phố waterfront, bao gồm các thành phần quan trọng như: 1 cáp viễn thông-thông tin; 2 tuyến thu chất thải lỏng-đặc; 3 cáp điện; 4 hệ thống đun nóng và điều hòa; 5 cấp nước sạch; 6 thoát nước thải; 7 cấp và thoát nước trung tính.
Hình 2.9 mô tả HKT dạng hình tròn kép của Thành phố Waterfront, bao gồm các thành phần quan trọng như cáp điện, tuyến thu chất thải lỏng đặc, cáp viễn thông, cáp thông tin, hệ thống gas, cấp nước trung tính, cấp nước sạch, thoát nước thải, và hệ thống đun nóng và điều hòa.
2.4.2 Mặt cắt ngang hầm kỹ thuật đặc biệt
Mặt cắt ngang dạng tổ hợp nhiều hình chữ nhật được sử dụng để tách riêng các chức năng kỹ thuật giống nhau trong cùng một ngăn, giúp dễ dàng bảo trì và nâng cấp Hầm có thể chia thành nhiều ngăn khác nhau tùy theo quy mô phục vụ tuyến kỹ thuật Phương pháp này thường áp dụng cho các tuyến hầm kỹ thuật đi qua sông biển hoặc trong điều kiện địa chất đất nền tốt, cho phép đặt hầm nông.
Hình 2.10 minh họa cấu tạo của tuyến hầm kỹ thuật tại Hongkong, bao gồm các thành phần như cáp viễn thông (A), cáp điện (B), hệ thống không khí điều hòa (C), gas (D) và nước nóng (E) Các loại cáp được phân loại rõ ràng: cáp 11kV (1), cáp 33kV (2), cáp chủ (3), khí nén (4), khí gas (5) và hơi nước nóng (6).
2.4.3 Mặt cắt ngang đường hầm vận chuyển nước (cấp và thoát nước) Đường hầm vận chuyển nước yêu cầu phải có những đặc điểm riêng biệt như: sự bằng phẳng của bề mặt bên trong vỏ hầm, sự chống thấm nước, việc chứa dòng chảy với áp lực cao Sự bằng phẳng của bề mặt bên trong vỏ hầm phụ thuộc vào vận tốc nước chảy trong ống và chiều dài đường hầm, để giảm tối thiểu sự mất mát năng lượng dòng chảy Sự chống thấm nước phụ thuộc vào phần vỏ hầm chịu tác dụng của áp lực từ bên trong hay bên ngoài vỏ Đường hầm chứa dòng chảy áp lực cao phải được liên kết các mối nối rất cẩn thận để tránh rò rỉ, thấm nước và dễ dẫn đến xói nước nguy hiểm Kết cấu vỏ hầm thường là vỏ hầm lắp ghép (hình 2.11), riêng đường hầm thoát nước thải có thể dạng đơn nguyên liền khối [17]
Hầm vận chuyển nước được cấu tạo với các thành phần chính như hành lang bộ hành có kích thước 1.8x2.1m, đường kính ngoài 5.9m, và vỏ hầm bê tông lắp ghép Kết cấu bờ tụng đỡ sàn bộ hành và sàn bê tông đổ tại chỗ cũng là những yếu tố quan trọng Hệ thống nước bao gồm tuyến nước tỏi sử dụng với đường kính 0.69m, tuyến chính nước sạch 12.14m, và tuyến phụ nước sạch 1.36m Không gian dự trữ và chiều dày của phần bị khoét còn lại tối thiểu 15cm cũng cần được chú ý trong thiết kế.
Tuyến ống nước được lắp đặt trên mặt sàn đường hầm, với khoảng cách tối thiểu 20cm từ tường hầm Các tuyến ống khác được hỗ trợ bởi giá đỡ hoặc thanh treo bằng sắt tráng kẽm và kim loại nhẹ Nếu tuyến thoát nước mưa của Thành phố có đường kính nhỏ, có thể lắp đặt trong hầm kỹ thuật.
Kết cấu chống đỡ các đường ống dẫn hầm kỹ thuật
Kết cấu chống đỡ các đường ống dẫn có những đặc điểm tương tự như các kết cấu xây dựng thông thường, bao gồm vật liệu, cấu tạo, tổ hợp tải trọng và khả năng chịu tải Quá trình tính toán, thiết kế và thi công diễn ra như bình thường, nhưng cần lưu ý một số vấn đề quan trọng.
- Các kết cấu chống đỡ phải có trọng lượng bản thân nhẹ, vật liệu kết cấu thường bằng thép, hợp kim nhẹ… (hình 2.12)
Trạng thái tĩnh của hệ kết cấu là khả năng chịu đựng trọng lượng bản thân của nó, cùng với trọng lượng của các đường ống và thiết bị máy móc được lắp đặt trên hệ thống chống đỡ, nếu có.
Phân tích động lực học của chất lỏng chảy trong ống dẫn và các thiết bị có chuyển động quay hoặc rung là rất quan trọng để xác định tần số dao động của kết cấu chống đỡ Việc này giúp tránh hiện tượng cộng hưởng và đảm bảo an toàn cho hệ kết cấu trong giới hạn cho phép Cấu tạo và kết cấu của giá đỡ cũng cần được xem xét kỹ lưỡng, như minh họa trong Hình 2.12 về hệ kết cấu chống đỡ của đường ống hơi nước và hệ thống máy điều hòa.
Hệ kết cấu chống đỡ đường ống có thể được chế tạo tại chỗ bằng các thanh thép hình, thép tấm và liên kết bằng mối hàn, bulông, hoặc được chế tạo sẵn ở các nhà máy Hình 2.13 minh họa giá đỡ cáp bằng thép hình của Trường đại học Washington, trong khi hình 2.14 và 2.15 cung cấp thêm thông tin về chi tiết cấu tạo và kết cấu giá đỡ.
Máng kim loại đỡ cáp được chế tạo từ thép tấm dày 10mm, với vai kê bằng thép tấm và khoảng cách 2.5cm giữa các bulông Thép hình được âm vào tường hầm, thể hiện qua mặt bằng và mặt đứng Hình 2.14 minh họa chi tiết máng đỡ đường ống hơi nước tại Trường đại học Washington, với các mẫu HKT ở Singapore và Pháp Hình 2.15 trình bày kết cấu chống đỡ bằng kim loại nhẹ được sản xuất tại nhà máy.
Thiết kế lối vào - ra chính của hầm kỹ thuật
Các lối vào và ra chính của hầm kỹ thuật thường được thiết kế bên trong tầng hầm của công trình như gara bãi đậu xe, hội trường lớn, và trạm xử lý hệ thống hạ tầng kỹ thuật Những lối ra vào này chỉ để lại khoảng trống đủ cho việc đưa thiết bị máy móc vào xử lý kỹ thuật, đảm bảo an toàn tuyệt đối và chỉ cho phép người làm nhiệm vụ ra vào Do đó, lối ra vào của hầm gần như được cách ly với môi trường xung quanh.
Thiết kế các hố thăm
Các hố thăm là điểm truy cập cho nhân viên kỹ thuật vào đường hầm, đồng thời cũng là nơi lắp đặt thiết bị xử lý và thoát hiểm khi có sự cố Khoảng cách giữa các hố thăm thường dao động từ 150-300m và chúng được thiết kế ở những vị trí dễ nhận biết như góc vỉa hè hoặc công viên Để đảm bảo an toàn, hố thăm phải cách đèn tín hiệu giao thông ít nhất 15.2m nếu gần nút giao thông, và nếu đặt trên mặt đường xe chạy, cần cách mép bó vỉa hè ít nhất 1.5m.
Hình 2.18 Hố thăm nằm ở công viên → nhô cao lên 30cm khỏi mặt đất
Hố thăm gần nút giao thông cần được bố trí cầu thang để dễ dàng tiếp cận đường hầm, với khoảng cách tối thiểu là 15.2m Cầu thang có thể được chế tạo tại chỗ hoặc mua từ nhà máy, với các tùy chọn chế tạo bằng thép tròn và thép hình.
Các nắp đậy hố thăm cần được thiết kế để chịu tải trọng tối đa của xe, thường theo tiêu chuẩn HL93 Chúng có thể được làm từ hợp kim thép hoặc bê tông cốt thép và phải đảm bảo ngăn nước từ bên ngoài xâm nhập vào đường hầm Các tấm đậy này thường được sản xuất sẵn tại nhà máy hoặc đổ tại chỗ.
Thoát nước cho đường hầm
Đối với các đường hầm có mực nước ngầm cao hơn mặt sàn, cần thiết kế hệ thống thoát nước dọc bên trong Mặt sàn đường hầm sẽ có độ dốc ngang 2%, và hệ thống thoát nước có thể sử dụng rãnh dẫn hoặc ống thoát nước bằng nhựa PVC, gang, hoặc bê tông cốt thép với độ dốc dọc không vượt quá 10‰ Các hồ chứa nước sẽ được xây dựng bên trong hoặc bên ngoài đường hầm tùy thuộc vào lưu lượng nước Nước trên mặt sàn sẽ chảy về hệ thống thoát nước dọc, được thu gom vào các hồ chứa và sau đó được bơm lên mặt đất qua ống chính của khu vực hoặc ống thoát nước trong hầm.
Hình 2.22 Rãnh dọc thoát nước Hình 2.23 Sơ đồ thoát nước hầm NLC Lưu lượng nước mưa chảy về hồ chứa được xác định theo công thức (2.1) [1]:
- N : hệ số phân bố mưa rào;
- F : Diện tích lưu vực của đoạn hầm tính toán (ha);
- Y : hệ số thẩm thấu trung bình của mặt phủ, lấy Y=0,60 theo bảng 6, TCXD- 51-1984
- q : cường độ mưa tính toán (l/s.ha) được tính theo công thức (2.2) như sau: q=q20*(20+b) n
* P : Chu kỳ tràn cống,tính bằng năm, chọn P=2 theo bảng 3, TCXD-51-1984
20 : lần lượt là các hệ số đặc trưng cho khu vực mưa rào và cường độ mưa trong thời gian 20 phút
* t : thời gian tập trung nước mưa trên lưu vực, xác định theo công thức (3.3): t = 10 + r*(L/v) (2.3)
* r=2: là hệ số, lấy theo TCXD-51-1984 ứng với địa dốc thoải hơn 10‰ (theo điều 2.2.11)
* L : chiều dài đoạn rãnh dọc tính toán giữa 2 hồ chứa;
* v: lấy bằng vận tốc nước chảy tối đa trong rãnh dọc V max, được xác định theo công thức (3.4):
/n (2.4) trong đó: R: bán kính thủy lực của rãnh dọc
i: độ dốc thủy lực của rãnh dọc
Hệ số nhám của rãnh dọc được xác định là n=0,014 nếu sử dụng bê tông cốt thép (BTCT) Sau khi tính toán lưu lượng nước chảy về hồ chứa, cần lựa chọn các loại máy bơm có công suất phù hợp để thực hiện việc bơm tiêu thoát nước.
Thiết kế chống thấm nước cho vỏ hầm
Các công trình hầm, dù thi công bằng phương pháp đào lộ thiên hay kín, cần được bảo vệ chắc chắn khỏi nước thấm vào từ đất Để đảm bảo điều này, tất cả kết cấu ngầm chịu lực và bao che phải được làm bằng vật liệu chống thấm hoặc có lớp bảo vệ cách nước chuyên dụng Độ bền lâu dài của công trình phụ thuộc vào lớp bảo vệ này, và tùy thuộc vào điều kiện địa chất, địa chất thủy văn, cũng như đặc điểm kết cấu, lớp cách nước có thể được thực hiện theo nhiều phương pháp khác nhau Đối với kết cấu hầm kỹ thuật đặt nông xây dựng bằng phương pháp đào lộ thiên, lớp cách nước bên ngoài thường được sử dụng, với từ 1 đến 3 lớp cách nước được chế tạo từ các chất dính chống thấm như nhựa bitum, nhựa tổng hợp, cao su - bitum, và polyetylen có gân.
Trong một số trường hợp thi công hầm kỹ thuật bằng phương pháp đào lộ thiên, việc thi công lớp cách nước bên ngoài không thể thực hiện được Đối với phương pháp đào kín, lớp cách nước phải được thi công trong điều kiện nhà máy Việc tạo ra lớp cách nước tại nhà máy giúp nâng cao chất lượng lớp áo cách nước, do đó, tại thực địa cần phải làm kín các mối nối giữa các đơn nguyên vỏ hầm Khi thi công theo phương pháp kích đẩy, các mối nối sẽ được lắp đặt các “tấm đệm kín” bằng cao su Composite, Nheopren, Porozola và các vật liệu đàn hồi khác, cùng với “tấm đệm nén”.
Vòng thép mềm được lắp đặt vào vị trí và các mối nối được nhồi vữa ximăng nở không thấm nước Tấm đệm kín có chức năng chịu nén và ngăn nước từ môi trường bên ngoài xâm nhập vào bên trong đường hầm Tấm đệm nén dày 18mm được đặt giữa hai đốt hầm để đảm bảo lực kích được phân phối đồng đều, ngăn ngừa nứt và tránh bị bật trong quá trình lắp ráp Vòng thép mềm bảo vệ và cố định các tấm đệm trong quá trình thi công, được dính chặt vào bề mặt vỏ hầm bằng keo bitum chuyên dụng Izolit.
Lớp cách nước cho hầm kỹ thuật lắp ghép chủ yếu tập trung vào việc làm kín các mối nối giữa các tấm và khối, cũng như các lỗ bu lông và những chỗ hư hỏng không ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của công trình Vỏ hầm BTCT lắp ghép có thể được cách ly hoàn toàn ở mặt ngoài hoặc mặt trong từng cấu kiện Các mối nối được gắn chặt bằng dây chì hoặc lõi chì tẩm nhựa đường, được đưa vào các rãnh dập và bảo vệ bằng ximăng Pooclăng Để làm kín các lỗ bulông, sử dụng rôngđen thép dạng chỏm cầu và dây gai tẩm nhựa đường Khi xiết bulông, rôngđen dày hơn sẽ nằm dưới êcu, đảm bảo toàn bộ lỗ bulông không thấm nước khi áp lực thủy tĩnh đạt 0,5MPa.
Gần đây, rôngđên được sử dụng để làm kín bằng nhựa tổng hợp Pôlyêtylen Các lỗ bơm rót được kín bằng nút rôngđên chuyên dụng, làm từ dây gai tẩm nhựa đường Khi xoay các nút, vữa bitum sẽ được nhồi vào các khe hở trong liên kết ren, giúp làm kín lỗ hiệu quả.
Các khe mối nối của vỏ hầm bêtông cốt thép lắp ghép được nhồi bằng vữa ximăng nở không thấm nước (BPU), với chất kết dính từ hổn hợp ximăng nhôm ôxít (ít nhất 65% theo trọng lượng) hoặc thạch cao xây dựng (tối thiểu 22%) và Canxi nhôm dạng bột Hợp chất này bao gồm khoảng 30% ximăng nở nhôm oxít M400, 30% ximăng nhôm ôxít Mác 400, 30% ximăng Poóclăng M400 và 10% Amiăng Khrizolit Để cách nước cho mối nối giữa các cấu kiện BTCT, người ta thường sử dụng các tấm đệm từ vật liệu nhựa tổng hợp như Nheôpren hoặc cao su Butylen, được ép chặt vào khe hở giữa các cấu kiện.
Để đảm bảo tính không thấm nước của các cấu kiện bê tông cốt thép (BTCT), cần bọc lớp cách nước bên ngoài Tuy nhiên, việc này gặp khó khăn trong việc duy trì sự toàn vẹn của lớp bọc trong quá trình tháo dỡ, vận chuyển và lắp đặt Hơn nữa, lớp cách nước có thể bị hư hỏng do thay đổi nhiệt độ môi trường Do đó, giải pháp tin cậy hơn là xây dựng màng cách nước bên trong các cấu kiện Cụ thể, các dãy Polyetylen được ép chồng theo hướng dọc trục vào thân cấu kiện, và sau đó, tại mép, được đổ bê tông cùng với cấu kiện BTCT lắp ghép, đồng thời phủ mặt trong bằng tấm thép dày 6-8mm Các tấm thép này được neo vào bê tông và sau khi lắp ráp các vòng vỏ hầm, chúng được hàn với nhau theo mối nối vòng vỏ hầm hướng tâm, tạo thành lớp áo kín không thấm nước.
Hình 2.26 minh họa quy trình chống thấm nước cho vỏ hầm lắp ghép, bao gồm các thành phần quan trọng như khuôn đường hầm, lớp cách nước, vỏ hầm, lớp cách nước kim loại, neo, bulông, vòng cách nước, rãnh dập, tấm lót cao su và chất dẻo nhồi.
Khối BTCT14-Tấm lót; 15-Mối nối hàn
Nâng cao khả năng chống thấm của bê tông hầm bằng phụ gia khoáng hoạt tính siêu mịn không chỉ hiệu quả trong việc bảo vệ phần ngầm của công trình mà còn giúp bảo vệ thép cốt khỏi gỉ sét, đảm bảo độ bền lâu dài Tuy nhiên, hiện nay, các nhà kết cấu thường chỉ định cường độ chịu nén tối thiểu của bê tông ở độ tuổi 28 ngày mà chưa chú trọng đến các tính chất khác của bê tông.
Thiết kế thông gió cho hầm
Các nguồn khí thải trong hầm kỹ thuật chủ yếu đến từ động cơ ô tô di chuyển trên đường trục, cùng với sự hiện diện của người đi bộ trong hầm Khí thải có thể xâm nhập vào hầm qua các cửa chính từ môi trường xung quanh Không khí trong khu vực đô thị thường chứa nhiều loại khí và hỗn hợp khác nhau, với nồng độ khí độc và tạp chất cao hơn so với trong hầm Khi khí thải xâm nhập vào không khí hầm, chúng có thể ảnh hưởng đến sức khỏe con người, đặc biệt là gây hại cho mắt và hệ hô hấp Carbon monoxide (CO) là khí độc nhất, và nồng độ giới hạn cho phép của CO được xác định dựa trên thời gian người ở trong hầm và độ cao so với mực nước biển, nhằm đảm bảo an toàn khi khai thác hầm.
Nồng độ khí độc cho phép trong không khí hầm kỹ thuật được quy định theo tiêu chuẩn môi trường không gian hẹp, cần xem xét thời gian con người có mặt trong hầm Cụ thể, nồng độ ôxít Cácbon cho phép trung bình ngày đêm là 1 mg/m³, trong khi Akrôlin là 0.1 mg/m³ Nồng độ khí thải tối đa của ôxít Cácbon là 6 mg/m³ và Akrôlin là 0.3 mg/m³.
Bài toán cơ bản của thông gió là giảm khí độc và hợp chất, đặc biệt là ôxít Cácbon và Akrôlin, đến mức tiêu chuẩn cho phép, đồng thời duy trì nhiệt độ trung bình ổn định trong hầm Thông gió cũng có vai trò quan trọng trong việc loại trừ nhanh các đám cháy và ngăn ngừa sự tạo băng trong hầm trong điều kiện thời tiết lạnh Thông gió tự nhiên xảy ra khi không khí tự lưu thông qua hầm nhờ vào các điều kiện tự nhiên, bao gồm các yếu tố như chênh lệch áp suất và nhiệt độ.
Chênh lệch áp suất không khí giữa hai cửa hầm do sự khác biệt về độ cao là H, dẫn đến sự giảm áp lực không khí khi lên cao Chênh lệch độ cao của cột thủy ngân trong khí áp kế là h (mm), và khi chuyển đổi sang milimét cột nước, chênh lệch áp suất không khí giữa hai cửa hầm được tính bằng công thức: \$hH = 13,6 - Δh\$, mm cột nước Cửa hầm thấp sẽ có áp suất lớn hơn, khiến không khí di chuyển từ cửa hầm thấp lên cửa hầm cao, nơi có áp suất nhỏ hơn.
Chênh lệch áp suất giữa trong và ngoài hầm xảy ra do sự khác biệt về nhiệt độ Không khí bên ngoài hầm bị đốt nóng bởi ánh nắng mặt trời, dẫn đến nhiệt độ cao hơn trong hầm Nhiệt độ ở cửa hầm dưới cũng cao hơn so với cửa hầm trên Do không khí trong hầm lạnh hơn, áp suất không khí trong hầm lớn hơn áp suất không khí ở cửa hầm dưới, tạo ra chuyển động không khí từ trong hầm xuống cửa hầm thấp Sự chênh lệch nhiệt độ này gây ra chênh lệch áp suất giữa trong và ngoài hầm, được tính theo công thức (2.6).
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
Chênh lệch áp suất trong hầm do chuyển động của gió thiên nhiên bên ngoài là một yếu tố quan trọng Khi có gió thiên nhiên, không khí sẽ được thổi vào hầm, và áp suất này phụ thuộc vào tốc độ và hướng gió so với cửa hầm Nếu cửa hầm thẳng hàng với hướng gió, áp suất sẽ lớn và luồng không khí vào nhiều Ngược lại, khi cửa hầm vuông góc với hướng gió, gió chỉ lướt qua mà không vào được trong hầm.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến thông gió tự nhiên, bao gồm trọng lượng riêng của không khí (\( \gamma \)), tốc độ gió thiên nhiên bên ngoài (\( v \)), gia tốc trọng trường (\( g \)), và góc giữa phương của hầm và hướng gió chủ đạo (\( \alpha \)) Tổng áp suất gây thông gió tự nhiên được biểu diễn bằng công thức: \( hS = h \).
Để đạt được thông gió tự nhiên, tổng áp suất gây thông gió cần phải vượt qua các tổn thất áp suất trong hầm Tổn thất áp suất được tính toán dựa trên các yếu tố cụ thể.
Trong đó: ρ - mật độ không khí trong hầm, kg sec
4 à- hệ số ma sỏt giữa khụng khớ với thành hầm (à = 0,007 nếu vỏ hầm bằng bờ tụng, à = 0,006 nếu vỏ hầm nhẵn)
R - bán kính thủy lực của tiết diện hầm, bằng diện tích/chu vi tiết diện
Ve- tốc độ gió chuyển động trong hầm, m/sec ξi – hệ số tổn thất cục bộ trong hầm, do thay đổi tiết diện, tra bảng
Từ các điều kiện trên, xác định tốc độ thông gió tự nhiên theo (2.10):
Từ đó lưu lượng không khí qua hầm đạt được do thông gió tự nhiên là:
Nếu lưu lượng do thông gió tự nhiên lớn hơn lưu lượng cần thiết, nghĩa là:
Khi lưu lượng khí thải Qe lớn hơn hoặc bằng lưu lượng khí cần thiết Qn, không cần áp dụng biện pháp thông gió tự nhiên Ngược lại, cần thiết phải lắp đặt các thiết bị thông gió nhân tạo Do các cửa ra vào được quy định nghiêm ngặt, việc thông gió tự nhiên bị hạn chế, vì vậy hầm chủ yếu sử dụng hệ thống thông gió nhân tạo.
Hệ thống thông gió nhân tạo cho hầm được phân loại thành ba loại: thông gió dọc, thông gió ngang và thông gió hỗn hợp, dựa trên cách dẫn gió Mỗi loại có đặc điểm riêng về trao đổi không khí, hướng chuyển động, và sự hiện diện của kênh thổi và hút gió Do kích thước mặt cắt ngang của hầm thường nhỏ, lòng hầm hoặc tĩnh không của hầm trở thành đường dẫn gió chính Vì vậy, thông gió nhân tạo trong hầm kỹ thuật chủ yếu sử dụng hệ thống thông gió dọc.
Thông gió dọc là phương pháp dẫn gió theo chiều dài của hầm, đặc biệt hữu ích cho những hầm dài với lực cản lớn Để cải thiện lưu thông không khí, có thể sử dụng các giếng đứng để chia hầm thành nhiều đoạn, giúp không khí chuyển động hiệu quả hơn Trong hệ thống này, không khí được truyền và đẩy đi trên toàn bộ tiết diện hầm nhờ vào các thiết bị thông gió được lắp đặt tại cửa chính, các hố thăm và giếng đứng Một ưu điểm của phương pháp này là không cần các kênh thông gió đặc biệt, do đó giảm thiểu chi phí thực hiện Các giếng đứng được bố trí xen kẽ để cấp và thoát gió, tối ưu hóa hiệu quả thông gió.
Hình 2.27 Sơ đồ thông gió hầm NLC
Do lực cản, tổn thất dọc hầm rất lớn, nên cần đẩy gió với tốc độ cao để đạt hiệu quả thông gió Theo tiêu chuẩn, tốc độ gió tối đa không vượt quá 5-6 m/s, và trong trường hợp đặc biệt, không quá 8 m/s Từ đó, có thể xác định chiều dài tối đa của đoạn hầm có thể áp dụng thông gió dọc.
Qn - lưu lượng gió cần thổi vào
F - Diện tích tiết diện ngang của hầm
Vg - tốc độ chuyển động của không khí trong hầm
Thông gió dọc có thể thực hiện qua các buồng quạt gió tại cửa chính hoặc trong hầm, với phương pháp thông gió theo luồng dọc Quạt gió trục treo được lắp đặt trên tường hoặc trần hầm, cách nhau một khoảng nhất định, tạo ra các dòng không khí tốc độ cao lên đến 30m/s Dòng không khí này sinh ra dòng không khí thứ cấp trong hầm, trong đó một phần không khí từ quạt trước được đưa về quạt tiếp theo và được đẩy vào dòng chung với năng lượng động năng lớn Tỷ lệ giữa dòng thứ cấp và dòng chính của không khí dao động từ 1:10 đến 1:50.
Các quạt tốc độ cao dọc trục có đường kính khoảng 0,4m được lắp đặt trên tường hoặc trần đường hầm, với trục quạt song song với trục đường hầm Để giảm tiếng ồn, thân quạt được phủ vật liệu trang âm và gắn bộ tiêu âm dạng ống, giúp định hướng dòng không khí Khoảng cách giữa các quạt dọc trục được duy trì trong khoảng (10-14)D0 để đảm bảo sự di chuyển tự do của dòng không khí và giữ tốc độ chuyển động không khí ổn định Đường kính thủy lực của đường hầm D0 được xác định theo công thức (2.13) [2].
F - diện tích mặt cắt ngang hầm (m 2 )
PT- chu vi thiết diện đường hầm (m)
Tính toán thông gió nhân tạo cho hầm là quá trình xác định khối lượng và áp lực không khí cần thiết để giảm nồng độ khí độc xuống mức tiêu chuẩn cho phép Để thực hiện điều này, trước tiên cần xác định lượng khí độc hiện có trong hầm Lượng không khí sạch cần cung cấp vào hầm phụ thuộc vào chiều dài, kích thước mặt cắt ngang của hầm, cũng như vị trí của hầm so với mặt đường giao thông Ví dụ, lượng không khí cần thiết để thông thoáng một hầm nằm dưới đường ôtô có cường độ giao thông cao có thể được tính toán theo công thức (2.14).
Trong đó: b- chiều rộng thông thủy hầm kỹ thuật h- chiều cao thông thủy hầm kỹ thuật
Ia- cường độ giao thông ôtô trong 1 giờ theo cả hai hướng (bên trên hầm kỹ thuật) Bội số trao đổi không khí yêu cầu trong 1 giờ bằng:
L T - chiều dài hầm kỹ thuật
Thiết kế chiếu sáng
Dọc theo chiều dài đường hầm, đèn chiếu sáng được lắp đặt dưới mái hoặc trên vách tường với khoảng cách hợp lý, đảm bảo đủ độ sáng cho nhân viên kỹ thuật làm việc ở mọi vị trí Mức độ chiếu sáng trung bình là 5fc, với mức tối thiểu là 1fc.
Hình 2.29 Hệ thống đèn chiếu sáng bên trong hầm
Số lượng và loại đèn chiếu sáng, cũng như khoảng cách giữa chúng, được xác định dựa trên kết quả tính toán chiếu sáng kỹ thuật Cụ thể, số lượng nguồn sáng được tính theo công thức: \$$n = \frac{k \cdot EH \cdot S}{\eta}\$$
Trong đó: k = 1,3-1,5: hệ số độ tin cậy
EH : mức chiếu sáng tiêu chuẩn, Lux
S: diện tích được chiếu sáng, m 2
: dòng ánh sáng của đèn trong nguồn sáng, Lux η = 0,15-0,5: hệ số sử dụng dòng ánh sáng của nguồn sáng.
TÍNH TOÁN KẾT CẤU VỎ HẦM KỸ THUẬT
Tính toán kết cấu vỏ hầm kỹ thuật
3.1.1 Tải trọng tác dụng lên công trình hầm [2]
Kết cấu công trình hầm kỹ thuật chịu tác dụng của các tải trọng ngoài khác nhau Đặc điểm phân bố và cường độ của chúng phụ thuộc vào:
Điều kiện địa chất công trình
Đặc trưng xây dựng trên mặt đất
Tải trọng trong công trình hầm được chia thành hai loại chính: Tải trọng thường xuyên bao gồm trọng lượng của kết cấu vỏ hầm, kết cấu chống đỡ, ống dẫn và khối lượng bên trong, cùng với trọng lượng lớp áo đường, thiết bị kỹ thuật ngầm, áp lực đất, áp lực nước ngầm, và tải trọng từ các công trình lân cận Ngoài ra, còn có tải trọng động do chất lỏng áp lực cao trong ống dẫn Tải trọng tạm thời xuất hiện từ tải trọng bộ hành của nhân viên kỹ thuật, tải trọng giao thông trên mặt đất, và các tải trọng phát sinh trong quá trình sửa chữa, nâng cấp hệ thống mạng kỹ thuật, cũng như do dao động nhiệt độ, trương nở đất và các tải trọng đặc biệt trong thi công xây dựng hầm.
3.1.1.2 Xác định tải trọng thường xuyên
1 Tải trọng do trọng lượng bản thân các kết cấu ở trên nắp hầm: được lấy phân bố đều trên nóc công trình hầm Trọng lượng do các lớp áo đường hoặc các hệ thống kỹ thuật bố trí trên nóc hầm kỹ thuật đặt nông xác định theo số liệu thiết kế
2 Tải trọng do trọng lượng bản thân các kết cấu chống đỡ liên kết vào tường hầm hoặc các đường ống dẫn tác dụng lên các kết cấu chống đỡ này: được quy đổi về tải trọng tập trung, tính toán giống như cách tính tĩnh tải của các kết cấu thông thường
3 Tải trọng do áp lực đất tác dụng: Đối với hầm đặt nông, áp lực đất thẳng đứng tiêu chuẩn xác định theo trọng lượng toàn bộ khối đất trên nóc hầm:
i : Trọng lượng riêng của từng lớp đất; h i : chiều dày lớp đất thứ i n: số lớp đất trên nóc hầm
Áp lực địa tầng dạng chữ nhật được xác định qua sơ đồ trong Hình 3.1 Thông thường, áp lực đứng từ trọng lượng của các lớp kết cấu áo đường và lớp đất đắp trở lại sẽ truyền lên kết cấu của công trình hầm đặt nông.
n : là trọng lượng riêng của vật liệu áo đường và đất đắp trở lại
Chiều dày lớp kết cấu áo đường được ký hiệu là \$n\$ Chiều sâu đặt móng công trình ngầm so với mặt đất cần tính đến cao độ của phần đường xe chạy Áp lực bên của đất trong trường hợp hầm đặt nông được xác định theo quy luật phân bố tam giác theo chiều cao, trong khi hệ số áp lực bên được biểu thị qua góc ma sát trong hoặc hệ số Poison.
4 Áp lực thủy tĩnh của nước ngầm: cần tính toán khi mực nước ngầm cao hơn đế móng hầm kỹ thuật
Khi xác định áp lực thủy tĩnh, mực nước ngầm được xem xét ở mức thấp nhất trong xây dựng và cao nhất trong khai thác để đảm bảo điều kiện bất lợi nhất cho kết cấu Nếu lớp đất thấm nước nằm dưới mực nước ngầm, trọng lượng riêng của nó sẽ được lựa chọn với sự xem xét đến tác động đẩy nổi của nước.
đn 0 n /1 (3.3) Ở đây: 0: trọng lượng riêng của hạt đất (N/m 3 );
n: trọng lượng riêng của nước (N/m 3 );
: hệ số rỗng của đất
Cần xem xét góc ma sát trong của đất no nước, đặc biệt khi lớp đất thấm nước nằm dưới mực nước ngầm Trong trường hợp này, áp lực nước chỉ được tính như khối gia tải, không tính đến sự “đẩy nổi” Áp lực thủy tĩnh tác động theo mọi hướng làm tăng sự làm việc tĩnh học của kết cấu, dẫn đến tăng lực pháp tuyến và giảm mô men uốn, do đó cần được tính toán cho các kết cấu hầm kỹ thuật Khi tính toán áp lực thủy tĩnh, cần sử dụng giá trị lực kháng tính toán thấp hơn cho các loại đất như cát, á cát, sét và bùn trong nền công trình.
3.1.1.3 Xác định tải trọng tạm thời từ các phương tiện giao thông
Tải trọng động tạm thời từ phương tiện giao thông lên công trình ngầm được xác định dựa vào chiều sâu chôn ngầm, vị trí đường xe chạy và loại phương tiện giao thông.
Khi thiết kế công trình ngầm đặt nông, cần xem xét các phương tiện giao thông trên đường phố và các trục đường mà công trình ngầm đi qua.
Tải trọng tạm thời di động từ phương tiện như ôtô (H-30) hoặc máy kéo (HK-80) được phân bố ở các vị trí khác nhau trên mái công trình ngầm và khối trượt Ba sơ đồ chất tải tạm thời được lựa chọn bao gồm: trên mái, trên khối trượt, và cần xem xét khả năng tải trọng tạm thời của phần mái hoặc khối trượt không đối xứng Khi phân tích sơ đồ chất tải tạm, vị trí được chọn nhằm tối ưu hóa nội lực bất lợi nhất trong cấu kiện tính toán.
Hình 3.2 Sơ đồ tổ hợp tải trọng tác dụng lên hầm
Khi chiều sâu đặt móng của công trình lớn hơn 0,7-0,8m thì tải trọng tạm thời được thay bằng lớp đất tương đương có chiều cao: htđ p bp
Trong đó: pbp: cường độ tải trọng tạm thời;
: trọng lượng riêng của đất
Hình 3.3 Sơ đồ chất tải tạm thời từ xe H30 lên nắp công trình hầm
Để xác định giá trị áp lực từ xe HK80 lên nắp công trình hầm, cần tính diện tích chất tải Kích thước của chất tải phụ thuộc vào lớp kết cấu áo đường, với công thức tính như sau: chiều dài a = a0 + 2n dọc trục chuyển động và chiều rộng b = b0 + 2n vuông góc hướng chuyển động.
Giá trị tải trọng đứng tạm thời được xác định theo công thức (3.5): pbp =
P: Giá trị tải trọng tập trung tạm thời;
F= axb: diện tích chất tải Áp lực bên do tải trọng tạm thời gây ra dọc trục đường hầm được xác định theo công thức (3.6) (hình 3.6): qbp bc
Khi vị trí tải trọng tạm thời vuông góc với trục hầm (hình 3.5), giá trị áp lực bên là: qbp ad
Hình 3.5 Sơ đồ chất tải tạm thời từ xe H30 lên tường hầm (hướng xe chạy vuông góc trục hầm)
Hình 3.6 Sơ đồ chất tải tạm thời từ xe HK80 lên tường hầm (hướng xe chạy song song trục hầm)
3.1.2 Lực kháng đàn hồi của đất và các phương pháp xác định lực kháng đàn hồi 3.1.2.1 Khái niệm
Dưới tác động của áp lực chủ động, kết cấu vỏ hầm bị biến dạng, với phần đỉnh vòm có xu hướng chuyển vị vào trong hầm, trong khi hai bên tường di chuyển về phía địa tầng, gây ra hiện tượng nén ép đất đá Tính chất đàn hồi của môi trường tạo ra lực kháng đàn hồi, có tính chất bị động, đối kháng lại sự biến dạng của vỏ hầm Đặc điểm làm việc tĩnh của công trình ngầm thể hiện qua sự tương tác giữa nó và khối đất xung quanh.
3.1.2.2 Tác dụng của lực kháng đàn hồi
Lực kháng đàn hồi đóng vai trò quan trọng trong các kết cấu ngầm, cho phép chúng chống lại biến dạng khi được đặt sâu hoặc nông trong các loại đất có tính chất đàn hồi.
Lực kháng có tác dụng giảm nhẹ công việc của kết cấu ngầm, kiểm soát biến dạng và làm tăng lực dọc trong kết cấu, đồng thời giảm moment uốn Lực kháng đàn hồi xuất hiện trên bề mặt kết cấu vỏ hầm dạng vòng hoặc tròn, ngoại trừ "vùng boong" - nơi không có chuyển vị về phía địa tầng Vùng có lực kháng đàn hồi trên bề mặt vỏ hầm sẽ tăng cường độ ổn định chống biến dạng của kết cấu.
Tính toán kết cấu vỏ hầm hình tròn
3.2.1 Tính toán vỏ hầm như vòng biến dạng tự do (vòng trong môi trường dẻo) [1]
Khi hầm kỹ thuật được đặt trong các tầng địa chất yếu hoặc thi công bằng phương pháp đào lộ thiên, vỏ hầm dạng tròn sẽ chịu tải trọng chủ động mà không bị cản trở bởi môi trường xung quanh Điều này dẫn đến việc không hình thành lực kháng đàn hồi từ địa tầng Vỏ hầm được xem như một vòng kín chịu tải trọng chủ động và phản lực theo phương thẳng đứng của nền, được xác định từ điều kiện cân bằng tĩnh dưới tác động của các loại tải trọng thẳng đứng.
Trong trường hợp tổng quát vỏ hầm chịu các tải trọng:
+ Áp lực đất theo phương thẳng đứng q xem như phân bố đều
+ Áp lực đất theo phương ngang phân bố dạng hình thang với giá trị ở trên p1 và ở đáy p2
+ Trọng lượng bản thân là g
+ Áp lực nước ngầm tương ứng với mực nước ngầm ổn định h tác dụng hướng tâm và phụ thuộc chiều sâu của tiết diện tính toán
+ Phản lực của đất nền hướng từ dưới lên, phân bố đều với giá trị K
Trong đó : r - bán kính của vỏ hầm dạng tròn
Hệ cơ bản để tính vòng biến dạng tự do được thể hiện trong sơ đồ chịu lực Kết cấu được phân tích theo phương pháp hỗn hợp, trong đó trường hợp chịu tải trọng đối xứng cho thấy tiết diện đỉnh và đáy vòng không có chuyển vị ngang, chuyển vị xoay và lực cắt.
Hệ cơ bản được sử dụng để tính toán các tải trọng nêu trên, và nội lực trong vỏ hầm phụ thuộc vào loại tải trọng cũng như vị trí của tiết diện tính toán.
Kết quả tính toán được lập thành bảng sẵn như sau:
Bảng 3.1 Công thức xác định giá trị nội lực của vỏ hầm tròn
Phạm vi sử dụng các CT ứng với góc ở tâm
Công thức xác định nội lực ở tiết diện bất kỳ do tải trọng đối xứng
0 - gr 2 (1-0.5cos-sin) gr(sin-0.5cos) 3.14g Áp lực địa tầng theo phương thẳng đứng
qr 2 (0.193+0.106cos- 0.5sin 2 ) qr(sin 2 -0.106cos) q
- qr 2 (0.693+0.106cos- sin) qr(sin-0.106cos) q
Phản lực thẳng đứng hướng từ dưới lên của nền
- Áp lực nước 0 - -r 3 (0.5-0.25cos-0.54sin) r 2 (1-0.25cos-
1.57r Áp lực địa tầng theo phương ngang phân bố đều
- Áp lực địa tầng theo phương ngang phân bố hình tam giác
3.2.2 Tính toán vỏ hầm như vòng trong môi trường biến dạng cục bộ [1]
Khi hầm kỹ thuật được thi công trong địa tầng cứng và nguyên khối bằng phương pháp kích đẩy, vỏ hầm sẽ tiếp xúc chặt với vách đất xung quanh Dưới áp lực chủ động, kết cấu sẽ gây ra biến dạng và chuyển vị của vách đất, trong khi lực kháng đàn hồi của địa tầng tác động lên kết cấu trong một phạm vi nhất định Địa tầng được coi là môi trường đàn hồi vô hạn có khả năng chịu áp lực trên chu vi lỗ rỗng, từ đó có thể giảm nhẹ khối lượng xây dựng công trình bằng cách tận dụng sự cùng chịu lực và biến dạng giữa kết cấu vỏ hầm và môi trường Vỏ hầm tròn được tính như một vòng trên chu vi lỗ rỗng của môi trường đàn hồi vô hạn, với nhiều phương pháp giải cho bài toán này tùy thuộc vào quan niệm về địa tầng Phương pháp gần đúng phổ biến nhất là tính vỏ hầm trong môi trường biến dạng cục bộ bằng cách thay thế kết cấu và liên kết giữa vỏ hầm với vách đất xung quanh bằng hệ nhiều đoạn thanh thẳng có gối tựa đàn hồi.
Phương pháp thay thế bằng hệ thanh là một kỹ thuật hiệu quả cho kết cấu công trình ngầm dạng tròn, cho phép xác định chính xác phạm vi hình thành lực kháng đàn hồi Để đảm bảo độ chính xác, thiết kế thường chia toàn bộ vòng thành 16 đoạn có chiều dài bằng nhau Phạm vi biến dạng tự do ở đỉnh vòm nằm giữa góc 2 = 90-150 độ Trong trường hợp kết cấu chịu tải trọng đối xứng, các gối tựa ở vùng biến dạng được thay thế bằng liên kết khớp và cặp mô men tương ứng.
Hình 3.12 Sơ đồ tính toán vỏ hầm tròn theo phương pháp thay thế hệ thanh Tính toán cho đoạn vòng có chiều dài 1m Ký hiệu quy ước như sau:
Pm, Qm (m = 1 - 9) - Tải trọng ngoài tác dụng theo phương thẳng đứng và phương nằm ngang tại đỉnh m của đỉnh kết cấu,
Mm, Nm, Rm - Momen, lực dọc và phản lực gối tựa tương ứng ở điểm m, thanh m và gối tựa m của kết cấu
M 0 m, N 0 m, R 0 m - Momen, lực dọc và phản lực gối tựa tương ứng ở điểm m, thanh m và gối tựa m của kết cấu, ở trong hệ cơ bản a - chiều dài thanh
m - góc giữa tiết diện m và phương thẳng đứng Α - góc ở tâm tương ứng với 2 đỉnh kề nhau (α = 22 0 30’)
Nội lực trong hệ cơ bản dưới tác dụng của tải trọng và các cặp momen đơn vị M 1
= 1 và M 3 = 1 được tính toán theo 2 phần: vòm và phần hệ thanh
Sơ đồ nội lực của vòm 3 khớp như biểu diễn trên hình (Hình 3.13):
Hình 3.13 Nội lực trong vòm 3 khớp của hệ cơ bản
Các đặc trưng hình học của vòm 3 khớp như sau:
Nhịp vòm 1 = x3 = rsinφ3 Đường tên vòm f = y3 = r(1-cosφ3)
Phản lực và nội lực trong vòm 3 khớp dưới tác dụng của tải trọng ngoài được xác định theo công thức (3.24):
Phản lực và mômen trong vòm 3 khớp dưới tác dụng của các cặp mômen đơn vị
M 1= 1 và M 3 = 1 như hình Lực dọc trong các thanh đều được xác định theo công thức:
Các cặp mômen đơn vị M n = l (m = 4 - 9) không tạo ra nội lực trong phần vòm của hệ cơ bản Nếu không tính đến ảnh hưởng của lực ma sát giữa bề mặt vỏ hầm và vách hầm, chúng chỉ gây ra nội lực và phản lực trong một phạm vi nhất định.
2 thanh và 2 gối kề đỉnh m
Phần hệ thanh được tính toán bằng phương pháp tách nút dần từ trên xuống Dưới tác động của tải trọng ngoài, lực dọc trong các thanh và phản lực tại gối được xác định theo công thức (3.26) (hình 3.14a).
2 cos sin ) ( cos2 cos cos 2 cos sin
Mômen đơn vị tác dụng tại nút thứ m (m = 4 - 9) chỉ gây ra lực dọc và phản lực trong các thanh và các gối kề nút đó: cos 2 2
Hình 3.14 Sơ đồ chịu lực của các nút phần hệ thanh trong hệ cơ bản a- Do tải trọng ; b- Do cặp mô men đơn vị
Nội lực phần hệ thanh do cặp mômen đơn vị tại đỉnh vòm gây ra được xác định theo công thức tương tự như công thức đã nêu, chỉ lấy giá trị số hạng đấu trong vế phải Đối với cặp mômen đơn vị đặt tại chân vòm, nội lực phần hệ thanh M 3 = 1 được xác định theo công thức (3.28).
Có thể tạo bảng tính sẵn cho các giá trị nội lực trong hệ cơ bản dưới tác động của các cặp mômen đơn vị cho kết cấu vỏ hầm tròn với 16 đoạn chia Khi xem xét ảnh hưởng của lực ma sát từ vỏ hầm và vách đất xung quanh các gối đàn hồi, cần lưu ý rằng chúng được đặt hợp với phương bán kính một góc bằng góc ma sát và lệch về phía dưới Công thức tính toán nội lực trong hệ cơ bản sẽ trở nên phức tạp hơn Để xác định giá trị tại M ở các khớp của hệ cơ bản, ta cần giải phương trình chính tắc: Σ δiK Mk + ΔiP = 0.
Kết quả tính toán cần được xác minh để đảm bảo rằng điều kiện chuyển vị tại bất kỳ điểm nào trong kết cấu và trong hệ cơ bản là giống nhau Điều kiện góc xoay tương đối tại tiết diện đỉnh đa giác bằng 0 được thể hiện qua công thức (3.30).
Diện tích biểu đồ mômen nội lực ở thanh thứ m của kết cấu với độ cứng tương ứng là EIm, trong đó ωm được xác định Đối với vỏ hầm có chiều dày không đổi, tổng diện tích biểu đồ mômen trên toàn khối phải bằng 0 Điều kiện chuyển vị theo phương bán kính được biểu diễn dưới dạng: m m m D.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét chuyển vị theo phương bán kính tại vị trí gối tựa m, được xác định bằng phương pháp thông thường trong cơ học kết cấu Việc kiểm tra thường được thực hiện cho gối tựa có phương nằm ngang.
Viện thiết kế đường tàu điện ngầm Matxcơva đã thực hiện tính toán cho nhiều kết cấu vỏ hầm tròn khác nhau và xây dựng biểu đồ quan hệ giữa nội lực và đặc trưng hình học của vỏ hầm dưới tải trọng ngoài Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, có thể dựa vào đường kính trong và trọng tải tác động lên kết cấu để tra cứu biểu đồ, từ đó xác định chiều dày vỏ hầm tương ứng và nội lực với sai số không vượt quá 5%.
Tính toán kết cấu vỏ hầm lắp ghép dạng hình tròn [2]
Đối với vỏ hầm lắp ghép thành mỏng, việc tính toán không chỉ dựa vào độ bền mà còn cần xem xét ổn định hình dáng và sự mở rộng vết nứt trong quá trình lắp ráp và khai thác Biến dạng tại các mối nối giữa các cấu kiện có ảnh hưởng lớn đến đặc điểm phân bố và giá trị nội lực trong vỏ hầm Sơ đồ tính toán vỏ hầm phụ thuộc vào hình dạng mối nối, kiểu liên kết giữa các cấu kiện, số lượng liên kết trong vòng, cũng như sự hiện diện hay không của các mạch khe hở giữa các vòng.
Có nhiều phương pháp được áp dụng để tính toán vỏ hầm với mối nối phẳng không có khe hở ban đầu Khi không có khe hở, các mối nối sẽ xuất hiện chuyển vị thẳng và góc xoay theo tính đàn hồi dẻo của vật liệu Việc tính toán vỏ hầm được thực hiện theo sơ đồ của Metroproekt, đồng thời xem xét sự tương tác giữa vỏ hầm và khối đất xung quanh dựa trên lý thuyết biến dạng cục bộ hoặc tổng thể.
Hình 3.15 Sơ đồ tính của vỏ hầm lắp ghép có xét đến biến dạng các mối nối a- Do tải trọng ; b- Do cặp mô men đơn vị
Khi thiết lập sơ đồ tính toán, cần đảm bảo rằng đỉnh của đa giác nội tiếp trùng với các mối nối hướng tâm giữa các cấu kiện vòng của vỏ Khối khóa có góc tâm nhỏ hơn 10 độ có thể được xem là điểm gãy của trục vỏ hầm mà không gây ra sai sót đáng kể Trong quá trình tính toán vỏ hầm với các mối nối phẳng không có khe hở ban đầu, chuyển vị góc αi được đưa vào bên phải của các phương trình chính tắc phương pháp lực, điều này phủ nhận sự tồn tại của xoay tương hỗ giữa các cạnh liền kề đỉnh đa giác và các mối nối hướng tâm của vỏ hầm.
Chuyển vị góc chỉ xuất hiện trong vùng không có lực kháng, do đó chúng được xem xét trong vế phải của phương trình: ΣMi δik + Δip = αi (3.32).
(αi phụ thuộc vào độ lệch tâm của lực pháp tuyến và không thể xác định trước nên giá trị góc αi được tính bằng cách đúng dần)
Kết hợp sử dụng lý thuyết biến dạng cục bộ, công thức đối với chuyển vị có dạng như sau: k i i k i k i k i k i ik
- i là biến dạng thẳng của mối nối nhận được kết quả nghiên cứu thực nghiệm
- Giá trị λi trong quan hệ với tải trọng được cho trong “Chỉ dẫn tạm thời về tính toán tĩnh học vỏ đường hầm BTCT lắp ghép”
Giá trị lực pháp tuyến tại các mối nối vỏ hầm BTCT phải được tính toán sao cho không vượt quá khả năng chịu lực của mối nối đó.
N: lực pháp tuyến tính toán trong mối nối
Rnp là cường độ chịu nén của bê tông, b là chiều rộng khối, dc là chiều cao tiết diện tại vị trí mối nối, e là độ lệch tâm của lực pháp tuyến so với trục khối, và ψ0 là hệ số phụ thuộc vào kết cấu cũng như cốt thép mặt mút khối.
Lực pháp tuyến tác dụng trong vòng không được truyền đúng tâm, mà theo đường hoặc diện tích bị ép vỡ giới hạn, dẫn đến sự xuất hiện của độ lệch tâm của lực pháp tuyến e và mômen uốn trong các mối nối.
Giá trị độ lệch tâm e phụ thuộc vào ứng suất cực đại trên diện tích bị ép vỡ và dạng biểu đồ ứng suất pháp tuyến Nó có thể được xác định theo công thức: \[e = d_0 - \frac{N \cdot k \sigma}{2b \cdot R_u}\]
Khoảng cách d0 được xác định từ trục vỏ hầm đến mép khối từ phía ngoài hoặc đến rãnh xảm phía trong Chiều rộng vòng vỏ hầm được ký hiệu là b, trong khi k là hệ số đồng nhất của vật liệu vỏ hầm.
H: sức nén kháng uốn tiêu chuẩn của bêtông.