Thiết kế và tổ chức thi công Hầm giao thông Kim Liên

các định hớng và các giải pháp phát triển,cải tạo hệ thống mạng lới giao thông đáp ứng cho việc hội tụ kinh tế khu vực và quốc tế là đặc biệt quan trọng, đồng thời cũng cần phải tính đến

Mục lục

Mở đầu 5

Chơng 1: Tổng quan 8

1.1 Công trình ngầm giao thông đô thị: 8

1.1.1 Trên thế giới : 8

1.1.2 ở Việt Nam : 11

1.2 Nút giao thông Kim Liên: 12

1.2.1 Vị trí : 12

1.2.2 Hiện trạng [15]: 13

1.2.3 Địa chất [36]: 13

1.2.4 Thủy văn : 18

1.2.5 Lu lợng giao thông: 18

Chơng 2: Phơng án cải tạo nút kim liên 19

2.1 Yêu cầu 19

2.2 Các phơng án đề xuất 19

2.2.1 Sử dụng cầu vợt 19

2.2.2 Sử dụng hầm chui 19

2.2.3 Phơng án lựa chọn 20

Chơng 3: thiết kế cơ sở 20

3.1 Cơ sở thiết kế: 20

3.2 Thiết kế mặt cắt ngang, trắc dọc của đờng hầm: 20

3.2.1 Thiết kế mặt cắt ngang [22] 21

3.2.2 Thiết kế trắc dọc [22] 22

Chơng 4: thiết kế kỹ thuật 26

4.1 Lựa chọn đặc trng kết cấu vỏ hầm : 26

4.1.1 Xác định các chỉ số hình học của vỏ hầm [4] 26

4.1.2 Xác định kích thớc tính toán 27

4.1.3 Thiết kế kết cấu áo đờng 28

4.2 Tính toán nội lực cho kết cấu hầm : 29

4.2.1 Các thông số đầu vào 29

4.2.2 Tính toán hầm kín: 34

4.2.3 Tính toán hầm dẫn: 39

4.2.3 Tính toán neo trong đất 44

Chơng 5: Hệ thống hạ tầng kỹ thuật .51

5.1 Phòng và thoát nớc cho hầm: 51

5.1.1 Các biện pháp chống thấm: 51

5.1.2 Hệ thống thoát nớc: 53

5.2 Thông gió cho hầm: 54

5.2.1 Khái niêm: 54

5.2.2 Tính toán thông gió: 54

5.3 Chiếu sáng cho hầm: 56

5.3.1 Yêu cầu chung: 56

5.3.2 Chiếu sáng đoạn hầm kín: 56

5.3.3 Chiếu sáng đoạn hầm dẫn: 57

5.4 Hệ thống phòng chống cháy nổ cho hầm: 57

5.4.1 Hệ thống thiết bị phòng chống cháy: 57

5.4.2 Hệ thống cấp diện dự phòng: 57

Chơng 6: Lựa chọn phơng án thi công 57

6.1 Đặc điểm công trình quyết định phơng án thi công 57

6.1.1 Vị trí: 57

6.1.2 Yêu cầu về giao thông 58

6.2 Các phơng án thi công đề xuất 59

6.2.1 Phơng pháp thi công ngầm[15]: 59

6.2.2 Phơng pháp thi công mở[15]: 61

6.2.3 Phơng pháp thi công nửa mở, nửa ngầm [15]: 64

6.3 Phơng án lựa chọn để thi công hầm Kim Liên 66

Chơng 7: Lập biện pháp thi công tờng trong đất 67

7.1 Tổng quan về tờng trong đất 67

7.1.1 Những yêu cầu chung 67

7.1.2 Quy trình thi công tờng trong đất 67

7.1.3 Thiết bị thi công 68

7.2 Thi công tờng trong đất 69

7.2.1 Thi công tờng dẫn 70

7.2.2 Lắp đặt thiết bị 72

7.2.3 Thi công đào đất 72

7.2.4 Lắp đặt gioăng chống thấm 74

7.2.5 Lắp dựng lồng thép: 75

7.2.6 Đổ bê tông tờng: 76

7.2.7 Sản xuất dung dịch bentonite: 77

7.2.8 Quá trình thi công một panenl: 78

7.3 Kiểm tra chất lợng tờng trong đất 82

7.3.1 Kiểm tra chất lợng bê tông: 82

7.3.2 Kiểm tra chất lợng chống thấm nớc qua tờng: 85

Chơng 8: Lập biện pháp thi công đào đất 85

8.1 Tổng quan về thi công đất 85

8.1.1 Công tác chuẩn bị: 85

8.1.2 Nội dung công tác thi công đất: 86

8.2 Thi công đất: 87

8.2.1 Khối lợng đào đất: 87

8.2.2 Khối lợng đắp đất: 89

8.2.3 Lựa chọn phơng án thi công đào đất: 89

8.2.4 Lựa chọn thiết bị thi công đào đất: 90

8.2.5 Lựa chọn thiết bị vận chuyển đất: 92

8.2.6 Chọn đất đắp 93

8.3.7 Lựa chọn thiết bị đắp đất 94

8.3.8 Kiểm tra chất lợng đất đắp 94

Chơng 9: lập biện pháp thi công bêtông vòm, đáy 95

9.1 Công tác chuẩn bị 95

9.1.1 Chuẩn bị mặt bằng thi công bê tông vòm 95

9.1.2 Chuẩn bị mặt bằng thi công bê tông bản đáy 95

9.1.3 Chuẩn bị thiết bị thi công 95

9.2.1 Thi công lắp dựng cốt thép 97

9.2.2 Thi công đổ bê tông 98

Chơng 10: lập biện pháp thi công neo trong đất 100

10.1 Công tác chuẩn bị 100

10.1.1 Thiết bị thi công 100

10.1.2 Vật liệu 103

10.2 Thi công neo 104

10.2.1 Trình tự thi công 104

10.2.2 Khoan tạo lỗ 104

10.2.3 Lắp neo 105

10.2.4 Bơm vữa 105

10.2.5 Lắp bản đính 106

10.2.6 Kéo neo tạo ứng suất 106

10.2.7 Lắp đặt đầu neo 106

10.3 Kiểm tra và thí nghiệm neo 107

10.3.1 Kiểm tra 107

10.3.2 Thí nghiệm neo [12] 109

Chơng 11: Lập biện pháp thi công hệ chống tạm đờng tàu 109

11.1 Thiết kế hệ chống tạm cho đờng tàu [15] 110

11.1.1 Tải trọng tính toán 110

11.1.2 Tính toán dầm phụ 110

11.1.3 Tính toán dầm chính 114

11.1.4 Tính toán cột chống 117

11.1.5 Tính toán cọc khoan nhồi 121

11.2 Thi công hệ chống tạm cho đờng tàu [15] 124

11.2.1 Thi công cọc khoan nhồi 124

11.2.2 Thi công cột chống tạm 125

11.2.3 Thi công ép cừ 127

11.2.4 Thi công dầm chính, dầm phụ 128

Chơng 12: Tổ chức thi công 130

12.1 Lập tiến độ thi công 130

12.1.1 Khối lợng các công việc 131

12.1.2 Biện pháp thi công 131

12.1.3 Trình tự thi công 132

12.1.4 Lập tiến độ thi công 132

12.2 Lập tổng mặt bằng thi công 134

12.2.1 Tính toán lập tổng mặt bằng thi công 135

12.2.2 Lập tổng mặt bằng thi công 136

12.2.3 Công tác an toàn lao động 143

12.2.4 Biện pháp phòng chống cháy nổ: 148

12.2.5 Biện pháp bảo vệ môi trờng: 148

Kết luận Và KIếN NGHị 149

1 Kết luận 149

2 Kiến nghị 150

Tài liệu tham khảo 151

Phụ lục: Tính toán nội lực, chuyển vị kết cấu hầm KIM LIÊN BằNG PHầN MềM Plaxis 153

1 Thông số đầu vào 153

Mở đầu

Trong xu thế quốc tế hoá đời sống sản xuất ngày càng sâu và rộng, hệ thống hạ tầng kỹ thuật, trong đó có mạng lới giao thông, đóng một vai trò hàng đầu trong việc

đảm bảo, duy trì và nâng cao tính cạnh tranh, thu hút đầu t nớc ngoài, chuyển giao công nghệ , giao lu văn hoá du lịch, đào tạo tạo điều kiện cho các ngành kinh tế mũi nhọn và chủ lực phát triển Hà Nội là đầu mối giao thông quan trọng nhất miền Bắc, quy tụ đầy đủ các phơng thức giao thông: đờng bộ, đờng sông, đờng sắt, đờng hàng

các định hớng và các giải pháp phát triển,cải tạo hệ thống mạng lới giao thông đáp ứng cho việc hội tụ kinh tế khu vực và quốc tế là đặc biệt quan trọng, đồng thời cũng cần phải tính đến những đặc điểm riêng của Hà Nội nh: đặc điểm là một đô thị cổ, mật độ di tích văn hoá, lịch sử đậm đặc, tốc độ đô thị hoá cao, Hà Nội còn là điểm nút giao thông quan trọng ở phía Bắc với mật độ và lu lợng phơng tiện giao thông ngày càng tăng

Tại các nút giao thông lớn, đồng mức đợc điều khiển bằng tín hiệu đèn xanh,

đèn đỏ ùn tắc giao thông có thể diễn ra hàng giờ Vấn đề đặt ra là quy hoạch mạng lới giao thông đô thị nh thế nào để giải quyết thấu đáo vấn đề trên

Để giải quyết vấn đề ùn tắc giao thông, công tác quy hoạch mạng lới giao thông

đô thị phải phát triển theo hớng bố trí giao thông tại các nút có các luồng xe chạy không cùng mức nhau, duy trì giao thông liên tục và không phải điều phối bằng đèn xanh, đèn đỏ Nhờ đó làm giảm lợng khí thải độc hại và tiếng ồn do quá trình dừng xe

nh ở các giao thông cùng mức thông thờng [17], [31] Thờng có 2 phơng án:

- Sử dụng cầu vợt trên cao;

- Sử dụng hầm giao thông ngầm

Sử dụng phơng án cầu vợt trên cao chi phí rẻ hơn phơng án hầm giao thông ngầm, nhng trong một số trờng hợp cụ thể khó bố trí, nhất là trong các nút giao thông chật hẹp, tốn chi phí về giải phóng mặt bằng, khó khăn trong quá trình giao thông, kéo dài thời gian hoàn thành công trình và gây ùn tắc giao thông trong quá trình thi công công trình

Sử dụng phơng án hầm giao thông ngầm đắt gấp 1,2-2 lần làm cầu vợt trên cao Song do yêu cầu kiến trúc đô thị, do đờng không đủ rộng để làm trụ cầu trung gian, v-

ợt ngầm là giải pháp duy nhất Vợt ngầm ở nút giao thông đặc biệt thích hợp ở những nút hẹp, duy trì tốt điều kiện môi trờng và cảnh quan kiến trúc đô thị Khi giải quyết giao cắt không cùng mức, phơng án vợt ngầm nói chung không đòi hỏi giải phóng mặt bằng nhiều và phức tạp nh các phơng án khác, do đó không những có lợi về mặt kinh tế đợc tính bằng tiền đền bù giải phóng mặt bằng, mà còn có lợi về mặt an ninh xã hội do không phải di dời, tái định c Hầm vợt ngầm còn đặc biệt thích hợp ở những chỗ giao cắt với đờng sắt Hầm cho ngời đi bộ luôn kết hợp bố trí trong một công trình ngầm tổng hợp, ví dụ tầng ngầm của các toà nhà, nhà ga ngầm

Tuy nhiên hình dạng kết cấu, các phơng pháp triển khai thi công nút giao thông ngầm sẽ là khác nhau trong từng điều kiện cụ thể khác nhau Việc lựa chọn ra kết cấu,

và phơng pháp thi công hợp lý sẽ quyết định chính đến chất lợng công trình, tiến độ thi công, giá thành của toàn bộ công trình và mang lại một giá trị thực tiễn cao [15]

Đề tài “ Thiết kế và tổ chức thi công Hầm giao thông Kim Liên ” góp phần đáp ứng đợc yêu cầu giải quyết tốt về phân luồng giao thông, giảm vấn đề ùn tắc và đẩy nhanh tiến độ thi công công trình, phơng pháp thi công (nửa mở, nửa ngầm) có thể sử dụng cho các nút giao thông tơng tự nút giao thông Kim Liên

Đồ án tập trung nghiên cứu, đánh giá khả năng chịu lực kết cấu của hầm, đề xuất

ra phơng pháp triển khai thi công hầm giao thông nút Kim Liên trên cơ sở phơng pháp thi công thực tế

Nội dung đồ án bao gồm:

- Chơng 7: Lập biện pháp thi công tờng trong đất

- Chơng 8: Lập biện pháp thi công đào đất

- Chơng 9: Lập biện pháp thi bê tông vòm, đáy

- Chơng 10: Lập biện pháp thi công neo trong đất

- Chơng 11: Lập biện pháp thi công hệ chống tạm đờng tàu

- Chơng 12: Tổ chức thi công

- Kết luận

Vì thời gian hạn chế nên đồ án cha nghiên cứu hết đợc các vấn đề và chắc chắn còn nhiều sai sót, em rất mong đợc sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô và các bạn

Chơng 1: Tổng quan

Hầm và các không gian ngầm ngày càng có vai trò quan trọng trong một hệ thống giao thông hiện đại Hầu hết các khu vực đô thị trên thế giới đều phải đối mặt với nhiều vấn đề lớn, đặc biệt là giao thông Kết cấu hạ tầng cũ nhìn chung là lỗi thời, không còn đáp ứng đợc nhu cầu đi lại và vận chuyển không ngừng gia tăng Trong bối cảnh đó thì không gian giao thông theo hớng trên cao và theo hớng đi ngầm trong lòng đất là giải pháp tối u cho các nút giao thông khi mà phơng án đồng mức không giải quyết đợc vấn đề ùn tắc trong giao thông đô thị Hơn nữa, công trình hầm có những u thế vợt trội so với các loại hình giao thông khác nhờ sự đi lại nhanh chóng, tiện lợi, và an toàn cao, nhất là trong trờng hợp thiên tai, chiến sự Có thể nói giao thông ngầm là xu thế phát triển tất yếu của một nền kinh tế hiện đại của thế giới

1.1 Công trình ngầm giao thông đô thị:

1.1.1 Trên thế giới :

- Một trong những loại công trình ngầm phổ biến nhất là hệ thống giao thông ngầm nay đã có hơn 70 đô thị lớn xây dựng hệ thống này Liên Xô bị ấn tợng mạnh

mẽ bởi những ga tàu điện ngầm [35]

Hình 1 Ga Kiep, Moskva , Nga

biển Manche tại Eo biển Dover, nối Folkestone, Kent ở Anh với Coquelles gần Calais

ở phía bắc Pháp

Hình 1 Đờng hầm eo biển Manche

- Đờng hầm Seikan là một đờng hầm đờng sắt dài 53.85km tại Nhật Bản, với một

đoạn dài 23.3km ngầm dới đáy biển Đây là đờng hầm ngầm dới biển dài nhất thế giới

Hình 1 Đờng hầm Seikan

- Hầm nối liền hai đại lộ Hennepin và Lyndale dài 1,5km tại Đức [15]

Hình 1 Hầm nối liền hai đại lộ Hennepin và Lyndale (Đức)

tháng 12/2006 vốn đầu t 475 triệu nhân dân tệ, tổng chiều dài là 520m với hai làn xe chạy, mỗi làn gồm 2 luồng xe với chiều rộng là 7.5m, chiều cao của hầm là 5.75m

H×nh 1 HÇm Thñ NghÜa (Vò H¸n - Trung Quèc)

HÇm giao th«ng ngÇm Trung S¬n thi c«ng hoµn thµnh, sö dông vµo 28/9/2008 víi tæng chiÒu dµi lµ 1003m gåm hai lµn xe ch¹y, mçi lµn gåm 2 luång xe víi chiÒu réng lµ 7.5m, chiÒu cao cña hÇm lµ 4.75m;

H×nh 1 HÇm Trung S¬n (Vò H¸n - Trung Quèc)

HÇm giao th«ng ngÇm thµnh phè Volokolamsk (Nga) víi tæng chiÒu dµi lµ 50m gåm hai lµn xe ch¹y, mçi lµn gåm 2 luång xe víi chiÒu réng th«ng thñy lµ lµ 12,25m, chiÒu cao th«ng thñy cña hÇm lµ 5,2m

H×nh 1 HÇm Volokolamsk (Nga)

Hình 1 .Mặt cắt hầm Volokolamsk (Nga) 1.1.2 ở Việt Nam :

Trong giao thông, Hầm Hải Vân là hầm đờng bộ dài nhất Đông Nam á, xuyên qua đèo Hải Vân, nối liền tỉnh Thừa Thiên-Huế với thành phố Đà Nẵng ở miền Trung Việt Nam Đợc khánh thành vào ngày 5 tháng 6 năm 2005.Với các thông số kỹ thuật

- Đờng hầm chính: dài 6.280 m rộng 10 m, độ cao xe cho phép đi qua là 7,5 m

- Đờng hầm thoát hiểm: dài 6.280 m, rộng 4,7 m, cao 3,8 m

- Đờng hầm thông gió: dài 1.810 m, rộng 8,2 m, cao 5,3 m

Hình 1 Hầm đờng bộ Hải Vân

Hầm dìm Thủ Thiêm là một đờng hầm vợt sông Sài Gòn đã đợc xây dựng tại Thành phố Hồ Chí Minh Đây là một phần trong dự án Đại lộ Đông Tây nối Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh với Khu đô thị mới Thủ Thiêm Đờng hầm có sáu làn xe ô tô, đợc dìm dới lòng sông Sài Gòn (có ngầm đáy sông)

Hình 1 Mặt cắt thiết kế

- Một số hầm cơ giới ở Hà Nội và TP Hồ Chí Minh [15]

Hình 1 Hầm Nguyễn Hữu Cảnh (TP Hồ Chí Minh)

Hình 1 Hầm chui trung tâm hội nghị quốc gia (Hà Nội)

Còn lại phần lớn công trình ngầm đô thị nớc ta phổ biến mới chỉ là các tầng hầm trong các nhà cao tầng( Sử dụng làm tầng kĩ thuật hoặc chỗ để xe)

1.2 Nút giao thông Kim Liên:

1.2.1 Vị trí :

Nút giao thông Kim Liên nằm trong phạm vi hai quận Đống Đa và Hai Bà Trng,

là giao cắt giữa đờng trục Lê Duẩn - Giải Phóng và đờng vành đai 1 đoạn Kim Liên -

Đại Cồ Việt Nút giao thông Kim Liên đợc coi là một trong những cửa ngõ chính vào Thành phố

Hình 1 Thực trạng nút giao thông Kim Liên 1.2.2 Hiện trạng [15]:

Nút giao thông Kim Liên trớc lúc xây dựng là nút giao đồng mức, đợc điều khiển bởi đèn tín hiệu và các đảo giao thông Các đờng vào nút giao nh sau:

- Phía Nam: Đờng Giải Phóng rộng 42m, bao gồm bốn làn xe cơ giới và hai làn

Lấy 41 mẩu thí nghiệm để xác định các chỉ tiêu cơ lý

Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) trong các hố khoan 55 lần

Địa chất khu vực có các lớp nh sau :

Giá trị trung bình xuyên tiêu chuẩn SPT N/30 là 8:12 búa/30cm Trong lớp này

đã lấy 06 mẫu đất để thí nghiệm, giá trị các chỉ tiêu cơ lý nh bảng sau:

17 Môđun tổng biến dạng E0 kG/cm2 86,1

Đây là lớp đất có khả năng chịu tải khá tốt

Lớp 3: Sét pha dẻo mềm xen kẹp cát pha.

Lớp này nằm dới lớp (2), và phân bố khắp phạm vi khảo sát với bề dày biến đổi

từ 3,7m đến 9,3m, trung bình 5,6 m

Đất màu xám tro, xám nâu, nâu hồng, nâu gụ trạng thái dẻo mềm

Giá trị trung bình xuyên tiêu chuẩn SPT N/30 là 4:11 búa/30cm Trong lớp này

đã lấy 08 mẫu đất để thí nghiệm, giá trị các chỉ tiêu cơ lý nh bảng sau:

Cát thuộc loại hạt mịn màu xám đen, xám nâu, xám ghi

Giá trị trung bình xuyên tiêu chuẩn SPT N/30 là 9:15 búa/30cm Trong lớp này

đã lấy 09 mẫu đất để thí nghiệm, giá trị các chỉ tiêu cơ lý nh bảng sau:

Thành phần hạt có đờng kính

Giá trị trung bình xuyên tiêu chuẩn SPT N/30 là 25:50 búa/30cm Trong lớp này

đã lấy 04 mẫu đất để thí nghiệm, giá trị các chỉ tiêu cơ lý nh bảng sau:

Đây là lớp đất có khả năng chịu tải tốt.

Lớp 7: Lớp cuội sỏi rất chặt.

Nằm dới cùng của địa tầng khảo sát và phân bố khắp phạm vi khảo sát với bề dày lớn, cha xác định Các hố khoan ở sâu 43,8 m vẫn cha kết thúc lớp

Cuội thuộc loại cuội Thạch Anh tròn cạnh, màu xám ghi rêu, mài mòn tốt, xếp rất xít nhau

Giá trị xuyên tiêu chuẩn qua 05 lần thí nghiệm cho thấy các lần đóng đều có giá trị lớn hơn 44:100 nhát/30cm

Đây là lớp đất có khả năng chịu tải rất tốt

1.2.4 Thủy văn :

Phạm vi khảo sát chỉ tồn tại nớc dới đất Nớc dới đất tàng trữ chủ yếu trong các lớp (5), (6), (7) Nguồn cung cấp cho nớc dới đất chủ yếu là nớc ma, nớc mặt thấm từ trên xuống Tại thời điểm khảo sát, mực nớc dới đất ổn định cách mặt đất chừng 1,0 m

1.2.5 Lu lợng giao thông:

Trong dự án quy hoạch tổng thể giao thông TP Hà Nội, tổ chức JICA - Nhật Bản

có đa ra kết quả điều tra lu lợng xe năm 2000 và dự báo đến năm 2020 tại nút Kim Liên nh sau:

- Tổng số xe con qui đổi là 10998xe/1giờ cao điểm

- Hớng chạy nhiều nhất là hớng chạy thẳng từ đờng Lê Duẩn ra đờng Giải Phóng

là 2363 xe, chiếm 22% tổng lợng xe qua nút

- Hớng xe chạy thẳng từ Đại Cồ Việt đi Kim Liên - Trung Tự là 2114xe, chiếm 19%, hớng ngợc lại từ Kim Liên - Trung Tự đi Đại Cồ Việt là 16%

- Hớng rẽ trái lớn nhất là hớng rẽ từ Đại Cồ Việt đi Giải Phóng, 912xe, chiếm 8%

- Nếu phân tích cho từng loại xe thì 2 hớng chạy thẳng trên trục đờng Giải Phóng

- Lê Duẩn và Kim Liên - Trung Tự đều chiếm tỷ lệ cao

Chơng 2: Phơng án cải tạo nút kim liên

2.1 Yêu cầu

Việc cải tạo nút Kim Liên phải đáp ứng đợc các yếu tố sau:

- Khả năng thông xe và vận tốc xe chạy trong thời gian hiện tại cũng nh trong

t-ơng lai là tối u nhất

- Đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật và tầm nhìn

- Không phá vỡ cảnh quan kiến trúc khu vực và các công trình lân cận

- Phù hợp với tình hình qui hoạch chung của thành phố

- Điều kiện vệ sinh môi trờng, hạn chế ảnh hởng xấu tới môi trờng nh: ô nhiễm môi trờng, tiếng ồn, bụi, nớc mặt, các khu vực trồng hoa, cây cỏ

- Đảm bảo trong thời gian thi công không gây ùn tắc giao thông

Hầm thờng dùng mở rộng khả năng vach tuyến khi gặp chớng ngại trong những

điều kiện khó khăn [39]

Hầm ở các nút giao thông trong thành phố là một giải pháp tổ chức giao thông hiệu quả.Việc xây dựng các hầm tại các nút giao thông để duy trì giao thông liên tục qua các nút, không phải điều phối bằng đèn tín hiệu và tăng mức độ an toàn cho giao thông đô thị [17], [31].

Hình 2 Hầm chui 2.2.3 Phơng án lựa chọn

Từ thực tế đặc điểm khu vực, ta chọn phơng án Hầm chui để cải tạo nút Kim Liên cho phù hợp với quy hoạch của Hà Nội

Chơng 3: thiết kế cơ sở 3.1 Cơ sở thiết kế:

- Luật giao thông đờng bộ

- TCN 272-05 “ Tiêu chuẩn thiết kế cầu”

- TCVN 4527-88, “Hầm đờng sắt và hầm đờng ô tô - Tiêu chuẩn thiết kế”

- TCVN 4054:2005, “Đờng ô tô - Yêu cầu thiết kế”

- TCVN 104:2007, “Đờng đô thị – Yêu cầu thiết kế”

- "Thiết kế - thi công giám sát công trình giao thông"

3.2 Thiết kế mặt cắt ngang, trắc dọc của đờng hầm:

Khi thiết kế các thông số kỹ thuật của đờng hầm ngoài việc tuân theo các tiêu chuẩn quy phạm hiện hành, mà còn phải nghiên cứu toàn diện để có một tuyến đờng

an toàn, hiệu quả và định hớng phát triển bền vững, lâu dài Phải phối hợp tốt các yếu

tố của tuyến đờng: bình đồ, mặt cắt dọc, mặt cắt ngang và tận dụng địa hình để tạo nên một tuyến đờng đều đặn trong không gian, đảm bảo tốt tầm nhìn và ổn định cơ học, nhằm thực hiện các mục tiêu [22]:

- Đáp ứng lu lợng xe phục vụ thích hợp để đảm bảo chất lợng dòng xe thông hành hợp lý;

- Đảm bảo an toàn tối đa và thuận tiện cho các phơng tiện và ngời sử dụng đờng;

- Có hiệu quả tốt về kinh tế qua các chỉ tiêu đánh giá, qua các chi phí về xây dựng công trình và duy tu bảo dỡng, qua các chi phí về giá thành vận tải, thời gian vận tải, dự báo tai nạn giao thông;

- Giảm thiểu các tác động xấu tới môi trờng, tạo cân bằng sinh thái hợp lý để ờng trở thành một công trình mới đóng góp tốt cho vẻ đẹp cảnh quan của khu vực

đ-3.2.1 Thiết kế mặt cắt ngang [22]

a) Chiều rộng của hầm

Việc bố trí các bộ phận gồm phần xe chạy, lề, dải phân cách, đờng bên và các làn xe phụ (làn phụ leo dốc, làn chuyển tốc) trên mặt cắt ngang đờng hầm phải phù hợp với yêu cầu tổ chức giao thông nhằm bảo đảm mọi phơng tiện giao thông (ô tô các loại, xe máy, xe thô sơ) cùng đi lại đợc an toàn, thuận lợi và phát huy đợc hiệu quả khai thác của đờng [22]

Hầm giao thông nút Kim Liên thuộc đờng vành đai 1 nối liền hai đờng Đại Cồ Việt và đờng Kim Liên, mỗi đờng gồm 4 làn xe, cùng chiều gồm 2 làn xe để đảm bảo

lu lợng lu thông hầm Kim Liên cũng phải đợc thiết kế gồm 4 làn xe chạy, mỗi bên gồm 2 làn xe chạy cùng chiều Theo [22] bề rộng tối thiểu của 1 đờng là 7.5m

Độ dốc ngang của đờng hầm đợc quy định trong bảng sau [22], [23]:

Ghi chú:

Khi độ dốc dọc lớn nên chiết giảm độ dốc ngang cho trong bảng trên từ 5-15‰

nh-ng vẫn bảo đảm để độ dốc nh-nganh-ng thônh-ng thờnh-ng khônh-ng bé hơn 15‰ Khi độ dốc dọc nhỏ,

độ dốc ngang đợc thiết kế thay đổi trong phạm vi lề đờng và mặt đờng có chiều rộng 1,5-2,0m cách rãnh biên để tăng khả năng thoát nớc mặt đờng và thu nớc vào giếng thu.

Tầm nhìn là một trong các yếu tố quan trọng để ngời điều khiển xe vận hành an toàn ứng với tốc độ thiết kế đã đợc xác định Trong phạm vi trờng nhìn phải đảm bảo tầm nhìn không bị che khuất (dỡ bỏ chớng ngại vật, đào bớt mái đờng) Chỉ trong tr-ờng hợp quá khó khăn thì dùng các biện pháp tổ chức giao thông (hạn chế tốc độ, biển chỉ dẫn, vạch sơn, hoặc cấm vợt xe ) Nhất thiết phải kiểm tra tầm nhìn ở nút giao thông và các đờng cong bán kính nhỏ Các chớng ngại vật phải dỡ bỏ để có chiều cao thấp hơn 0,30m so với tầm mắt của ngời lái xe [22], [23]

Các giá trị tối thiểu về tầm nhìn hãm xe, tầm nhìn trớc xe ngợc chiều và tầm nhìn vợt xe quy định trong Bảng 4.2 [22], [23]

Bảng 3 Tầm nhìn tối thiểu khi chạy xe trên đờng

Cấp thiết kế của đờng I II III IV V VI

Đối với đờng hầm ta chỉ cần chú ý đến giá trị tầm nhìn hãm của xe (S1)

Vận tốc thiết kế của các phơng tiện di chuyển trong đờng hầm thuộc các khu đô thị đợc quy định tại [1]: Vtk = 40km/h

ϕ: Hệ số bám dọc của đờng, trong điều kiện không thuận lợi (ẩm

Để liên kết các độ dốc trên trắc dọc, ngời ta phải dùng các đờng cong đứng để xe chạy điều hoà, thuận lợi, đảm bảo tầm nhìn ban ngày và ban đêm, đảm bảo hạn chế lực li tâm theo chiều đứng [2].

* Bán kính đờng cong đứng lồi

Để đảm bảo tầm nhìn ban ngày trên đờng cong đứng lồi, bán kính đờng cong

đứng lồi phải thoả mãn điều kiện sau [2]:

Rloi (min) : Bán kính đờng cong đứng lối tối thiểu

2 1 (min)

1

( ) 2

* Bán kính đờng cong đứng lõm

Để đảm bảo tầm nhìn ban đêm trên đờng cong đứng lõm, bán kính đờng cong

đứng lõm phải thoả mãn điều kiện sau [2]:

Rlom (min): Bán kính đờng cong lõm đứng tối thiểu

Để xác bán kính định đờng cong đứng lõm tối thiểu đảm bảo tầm nhìn ban đêm

ta dựa vào sơ đồ chiếu sáng sau:

S1

Hình 3 Sơ đồ đảm bảo tầm nhìn ban đêm trên đờng cong đứng lõm

2 1 (min)

Trong đó: hp : Chiều cao của pha đèn, hp = 0,75m

S1: Tầm nhìn hãm xe, S1 = 50m

α: Góc của pha mở rộng, α = 10Thay vào (3.5) ta đợc: Rlom (min) = 770m

Đờng cong đứng lõm lựa chọn theo điều kiện đảm bảo hạn chế lực li tâm trong quá trình tham gia giao thông:

Theo [2], Rli tam đợc tính theo công thức sau:

2 ( ) 6,5

litam

V

Trong đó: V là vận tốc thiết kế, V = 40km/h

Thay vào (3.7) ta đợc: Rli tam = 246m

Ngoài việc lựa chọn bán kính cong đứng theo các điều kiện đảm bảo tầm nhìn ban ngày và ban đêm, đảm bảo hạn chế lực li tâm còn phải dựa vào địa hình thực tế, càng bám sát địa hình không những khối lợng công trình bớt đi mà còn đảm bảo sự ổn

định lâu dài trong suốt quá trình khai thác sử dụng

Từ có điều kiện khống chế về kỹ thuật và địa hình thực tế của nút giao thông Kim Liên, lựa chọn Rlom = 3000m, Rloi = 3000m

Trắc dọc của đờng hầm đợc thể hiện trên bản vẽ

d Siêu cao

Siêu cao là dốc một mái trên phần xe chạy, dốc về phía bụng đờng cong Độ dốc siêu cao lấy theo bán kính đờng cong nằm và tốc độ thiết kế Độ dốc siêu cao lớn nhất không quá 8 % và nhỏ nhất không dới 2 % [22]

Theo [2] để không phải bố trí siêu cao thì:

Rksc : Bán kính cong nằm tối thiểu không cần bố trí siêu cao

2

( )

V

V là vận tốc thiết kế, V = 40km/h

in là độ dốc ngang, in = 2%

Thay vào (3.9) ta đợc Rksc = 210m

Theo [30] ta có Rnam (min) = 410m thoả mãn (3.8)

Do vậy toàn bộ đờng hầm không phải bố trí siêu cao

Chơng 4: thiết kế kỹ thuật 4.1 Lựa chọn đặc trng kết cấu vỏ hầm :

4.1.1 Xác định các chỉ số hình học của vỏ hầm [4]

Chọn kiểu vỏ gồm vòm kê lên tờng Xem xét điều kiện địa chất và điều kiện tận

dụng không gian, chọn tỉ số (chiều rộng/chiều cao) là 12 ta có

a) Chiều cao thông thủy của vòm:

012

l

f

b) Chiều dày dự kiến đỉnh vòm:

Tham khảo kinh nghiệm tính toán d0 = 0,6 m

d) ChiÒu dµy têng vßm:

áo đờng là kết cấu chặt chẽ gồm một hoặc nhiều lớp có độ cứng nhất định chịu tác dụng trực tiếp của tải trọng xe cộ và các yếu tố tác động của thiên nhiên [6].

Kết cấu áo đờng đợc cấu tạo theo sơ đồ:

Trên cơ sở đó ta chọn cấu tạo mặt đờng nh sau

Hình 4 Cấu tạo mặt đờng xe chạy

4.2 Tính toán nội lực cho kết cấu hầm :

Để tính toán nội lực ta dùng phần mềm Plaxis để mô hình hóa các giai đoạn thi công, quá trình khai thác của các đoạn hầm kín, hầm dẫn

4.2.1 Các thông số đầu vào

a) Các số liệu về địa chất

Lớp 2 : Lớp sét pha dẻo cứng, chiều dày 2,8m;

Lớp 3: Lớp sét pha dẻo mềm xen kẹp cát pha, chiều dày 5,6m;

Lớp 4 : Lớp cát hạt mịn kém chặt lẫn hữu cơ, chiều dày 15,3m;

Lớp 5 : Lớp cát hạt nhỏ chặt vừa, chiều dày 12,7m;

Lớp 6 : Lớp cát hạt trung chặt vừa đến chặt, chiều dày 6,7m;

Lớp 7 : Lớp cuội sỏi rất chặt Các hố khoan ở sâu 43,8 m vẫn cha kết thúc lớp

Lớp đất γdry γwet Eref ν Cref ϕ ψ Rinter

Trong đó: γdry: Khối lợng thể tích khô, KN/m 3

γwet: Khối lợng thể tích tự nhiên, KN/m 3.Kx: Hệ số thấm theo phơng x, m/ngàyKy: Hệ số thấm theo phơng y, m/ngàyEref: Mô đun biến dạng, KN/m2 Cref: Lực dính

b1) Hoạt tải của ô tô [20]

Hoạt tải xe ôtô trên mặt đờng đợc đặt tên là HL-93

- Độ lớn do hoại tải tác dụng lên công trình ngầm phụ thuộc vào chiều sâu công trình, phân bố của dải đờng và loại phơng tiện giao thông

- Với các công trình đặt nông, tải trọng động tác dụng lên công trình là từ các phơng tiện giao thông của mạng lới giao thông trên mặt đất

- Căn cứ vào kích thớc của hầm và hiện trạng giao thông trong tơng lai thì vị trí bất lợi nhất đối với hầm khi có 2 xe HL93 chạy song song Khi chiều sâu công trình lớn hơn 0,7-0,8m tải trọng tạm thời đợc qui đổi thành tải trọng phân bố đều Với mặt

đờng rải bằng bê tông tải trọng sẽ truyền xuống phía dới với góc α = 450 còn với lớp

đát đá nền thì tải trọng sẽ truyền xuống với một góc α = 300

Hình 4 Đặc trng của xe tải thiết kế

Hình 4 Sơ đồ tác dụng của hoạt tải lên kết cấu

Theo hình 4.5 ta có:

Trong đó:

H2: Chiều dày của lớp đất nền phía trên kết cấu hầm

a2: chiều dài tiếp xúc dọc đờng của bánh (m)

b2: chiều rộng của bánh sau (m), b2 = 0.51m

Thay các giá trị P, a1, b1 vào (4) ta đợc: q = 3,8 KN/m

Vị trí bất lợi nhất là khi hai bánh xe sau có áp lực trùm lên nhau tác dụng lên.Vậy áp lực tính toán sẽ là:

Thay các đại lợng vào (3) ta đợc IM ≈ 33%

Thay các giá trị vào (1), (2), (3) ta có:

a1 = 2,44m; b1 = 2,51m

Cờng độ áp lực phân bố của một bánh xe trên 1m bề rộng cơ bản tại đáy nền ờng hầm là:

b2) Hoạt tải của tầu hoả T-26 [21]

Tải trọng thẳng đứng do đờng sắt đi trên nóc hầm gây ra đợc tính theo công thức:

Z: Tải trọng trục tàu hoả, Z = 26T

H: Chiều dày lớp đất đắp trên hầm tính từ đỉnh hầm tới đáy tà vẹt, H = 3,0mThay vào (5) ta đợc: qtauhoa = 28,36 KN/m2

c Đặc trng kết cấu:

Để xác định nội lực, chuyển vị của kết cấu đờng hầm sơ bộ chọn:

- Tính toán cho đoạn tờng có H=20(m) kể từ cos 0.00 ( do lớp đất 1 không có tính năng xây dựng, khi mô hình hoá vào phần mềm này ta sẽ bỏ qua sự làm việc của

nó và thay đó là lớp đất thứ 2)

- Chiều dày tờng trong đất: Btuong = 1m

- Chiều dày nóc hầm: Bnoc ham = 0,6m

- Chiều dày bản đáy: Bban day= 1m

- Neo có các thông số sau:

+ Tổng chiều dài neo là 16m: thân neo dài 12m; bầu neo 4m;

+ Đờng kính ống khoan neo: 150mm

+ Góc nghiêng của neo so với phơng ngang là 300

- Siêu tải mặt đất: q= 10 (kN/m2)

- Mực nớc ngầm nằm tại cos -1,0(m) so với cos 0,00

Từ các phân tích trên ta có thể đa ra các hình vẽ nh sau để mô tả quá trình tính toán tờng trong đất công trình này

4.2.2 TÝnh to¸n hÇm kÝn:

a) M« h×nh tÝnh:

H×nh 4 M« h×nh to¸n hÇm kÝn

b KÕt qu¶ tÝnh to¸n:

Giai ®o¹n sö dông

(KN.m/m)

Qmax(KN/m)

Nmax(KN/m)

Giai ®o¹n thi c«ng

(KN.m/m)

Qmax(KN/m)

Nmax(KN/m)

Rbt(MPa)

B25 14,5 1,05

(MPa)

Rsw(MPa)

Tính toán cốt thép dọc cho tờng nh cấu kiện chữ nhật chịu uốn:

- Cắt dải tờng có bề rộng b = 1 m để tính toán

- Chọn chiều dày lớp bêtông bảo vệ 7 cm → chiều cao làm việc của tiết diện h0 = 93cm

- Chọn tờng biên dày 100cm

- Chọn chiều sâu chôn tờng là 20m

- Chọn cốt thép:

+ Cốt thép chủ: 10∅25 với khoảng cách 100mm(cho 1mét dài) Thép đợc đặt

đều cho cả 2 mặt của cấu kiện tờng;

+ Cốt thép theo phơng vuông góc với thép chủ chọn theo cấu tạo: ∅16a300 [12]

10 11

Hình 4 Chi tiết thép tờng biên

* Tờng giữa

Ta có: Mmax = -15,42kNm/m

Tính toán cốt thép dọc cho tờng nh cấu kiện chữ nhật chịu uốn:

- Cắt dải tờng có bề rộng b = 1 m để tính toán

- Chọn chiều dày lớp bêtông bảo vệ 7cm → chiều cao làm việc của tiết diện h0 = 93cm

12 13

H×nh 4 Chi tiÕt thÐp têng gi÷a

KÕt luËn:

- Chän têng barret dµy 100cm

- Chän chiÒu s©u ch«n têng lµ 20m

Tính toán cốt thép dọc cho bản đáy nh cấu kiên chữ nhật chịu uốn:

- Cắt dải bản đáy có bề rộng b = 1 m để tính toán

- Chọn chiều dày lớp bêtông bảo vệ 7cm → chiều cao làm việc của tiết diện h0 = 93cm

Hình 4 Chi tiết thép bản đáy 4.2.3 Tính toán hầm dẫn:

a) Mô hình tính:

Đoạn hầm dẫn có bản đáy ở cos 10.7m

Hình 4 Mô hình tính hầm dẫn với bản đáy ở cos 10,7m

Đoạn hầm dẫn có bản đáy ở cos 9.0m

Hình 4 Mô hình tính hầm dẫn với bản đáy ở cos 9,0m

Đoạn hầm dẫn có bản đáy ở cos 6.0m

Hình 4 Mô hình tính hầm dẫn với bản đáy ở cos 6,0m

Đoạn hầm dẫn có bản đáy ở cos 3.0m

Hình 4 Mô hình tính hầm dẫn với bản đáy ở cos 3,0m