Nguyên lý thiết kế xây dựng công trình ngầm và mỏ

Nguyên lý thiết kế xây dựng công trình ngầm giúp cung cấp những kiến thức cơ bản nhất về nguyên lý thiết kế các đường hầm, hệ thống công trình ngầm... trong các lĩnh vực như: Khai thác mỏ, hệ thống nhà máy thủy điện ngầm, hệ thống tàu điện ngầm...

KHOA XÂY DỰNG

ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP

NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM

VÀ MỎ

Giảng viên : NGƯT GS TS VÕ TRỌNG HÙNG

Sinh

Ngầm và Mỏ 56

MỤC LỤC

Câu 1: Phương pháp giải một bài toán kĩ thuật tổng quát 3

Câu 2 : Phương pháp hệ thống sử dụng trong thiết kế CTN 5

Câu 3: Các giai đoạn trong qua trình thiết kế kĩ thuật 5

Câu 4: Các tài liệu gốc cho việc giải quyết bài toán kĩ thuật 6

Câu 5: Phương pháp tìm kiếm giải pháp thiết kế cho bài toán kĩ thuật 7

Câu 6: Sử dụng tính sáng tạo và vấn đề thắng sức ỳ tâm lý trong giải quyết bài toán kĩ thuật 8

Câu 7: Phương pháp sáng tạo tập thể và phương pháp đảo ngược trong việc tìm kiếm giải pháp thiết kế 9

Câu 8: Các giai đoạn phân tích kỹ thuật 10

Câu 9: Mô hình sử dụng trong thiết kế kĩ thuật 10

Câu 12: Công tác mở hầm trong xây dựng công trình ngầm 11

Câu 13: Những nguyên lý cơ bản của tổ chức xây dựng công trình ngầm 12

Câu 15: Nội dung cơ bản của giai đoạn chuẩn bị xây dựng CTN 13

NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM VÀ MỎ

Câu 1: Phương pháp giải một bài toán kĩ thuật tổng quát

Quá trình giải quyết bài toán kĩ thuật là một quá trình lặp đi lặp lại theo hình xoắn ốc Có kết quả bước sau tốt hơn bước trước và bước trước làm tiền đề cho các bước tiếp theo

 Bước 1: Đưa ra vấn đề

Trên cơ sở dự báo sơ đồ tổng thể và các kết quả nghiên cứu khoa học Người thiết kế tiến hành xác định yêu cầu cho bài toán thiết kế và hình thành bài toán kĩ thuật Bài toán kĩ thuật thường được đặt dưới dạng yêu cầu của bài toán thiết kế Tại đây bao gồm: Các yếu tố đầu vào, các kết quả cần đạt được ở đầu ra

Giai đoạn này, người thiết kế phải trả lời câu hỏi: “làm cái gì?”

 Bước 2: Xác định bài toán kĩ thuật

Trước khi giải quyết bài toán kĩ thuật, người thiết kế xác định mục đích, yêu cầu, đặc tính của thiết kế Đánh giá các số liệu ban đầu Nghiên cứu các tài liệu KHKT lien quan đến bài toán nhằm rút ra những kết luận cần thiết để giải quyết bài toán

Giai đoạn này trả lời câu hỏi: “làm cái đó để đạt mục đích gì?”

 Bước 3: Hình thành ý niệm, ý tưởng cho giải pháp thiết kế

Trên cơ sở mục đích thiết kế và tài liệu gốc ban đầu Người thiết kế tìm kiếm các ý tưởng, ý niệm ban đầu để hình thành lời giải ban đầu

Phương án thiết kế phải mang tính mới mẻ, có ích, hiệu quả và đơn giản

ở bước này, người thiết kế phải trả lời câu hỏi: “Cái đó khi thiết kế để đạt mục đích cho trước phải làm như thế nào?”

 Bước 4: Phân tích kĩ thuật

Bước này nhằm tính toán, tiếp nhận dữ liệu, số liệu để so sánh ưu nhược điểm của lời giải, ý tưởng, tính khả thi… thông qua quá trình khái niệm hóa hình tượng, tối

ưu hóa hình tượng, hệ thống hóa theo một tiêu chuẩn nào đó

 Bước 5: Tìm kiếm và đưa ra kết quả

Tại đây, mỗi giải pháp sẽ được tính toán, phân tích, so sánh với yêu cầu, mục đích bài toán Việc tìm kiếm đưa ra kết quả cho phép mỗi lời giải trở nên tường minh

và có thể so sánh được

 Bước 6: Lựa chọn phương án giải quyết

Các phương án được lựa chọn, so sánh với nhau Nếu không tốt, người thiết kế

phải thay đổi, cải thiện các thông số, đặc tính của phương án, lời giải cho đến thời điểm chúng trở nên thỏa mãn yêu cầu, mục đích thiết kế

Quá trình này được thực hiện theo các chu kỳ lặp đi lặp lại khác nhau Sau mỗi chu kỳ, lời giải bài toán sẽ trở nên tốt hơn và tiến dần tới lời giải tối ưu

Số lượng phương án được chọn lựa càng nhiều tùy thuộc và quỹ thời gian và khả năng tài chính cho phép sẽ tạo nên những điều kiện tốt để tìm kiếm lời giải tốt hơn

Hình: Sơ đồ giải bài toán kĩ thuật thiết kế

Vòng lặp đầu tiên kết thúc sẽ mở đầu cho vòng lặp thứ 2 thông qua giám định phương án thiết kế ở những giải pháp tiếp theo

“Quá trình giải bài toán kĩ thuật gồm nhiều bước lặp đi lặp lại để tiếp cận tới chân lý”

Nguyên nhân: Khi bắt đầu thiết kế bài toán, người thiết kế không thể chỉ ra lời giải tốt nhất mà chỉ có thể đưa ra những lời giải thử nghiệm Sau đó sẽ làm tốt dần chúng, tiến dần tới lời giải tối ưu

 Đây là quá trình vô cùng phức tạp, liên quan đến nhiều lĩnh vực và trong đó

có nhiều cái chưa có lời giải

 Bước 7: Trình bày lời giải

Sau khi lựa chọn phương án giải quyết Người thiết kế phải lựa chọn lời giải dưới dạng bản thiết kế và tài liệu kinh tế kĩ thuật

 Bước 8: Đưa thiết kế vào sử dụng

Trước khi thiết kế được đưa vào sử dụng chúng phải được kiểm tra, thẩm định thông qua các chỉ tiêu kinh tế - kĩ thuật quan trọng nhất Các chuyên gia giám định phải tiến hành đánh giá giải bài toán riêng biệt và tổng thể Góp ý nâng cao chất lượng bài toán thiết kế Sau khi hoàn thiện, thiết kế được đưa vào sử dụng

Câu 2 : Phương pháp hệ thống sử dụng trong thiết kế CTN

-Là phương pháp phân tích khoa học của học thuyết duy vật biện chứng, học thuyết duy vật biện chứng cho rằng thế giới tự nhiên là 1 thể thống nhất liên kết với nhau trong đó vật thể, hiện tượng chịu sự phụ thuộc lẫn nhau, qua lại với nhau

- Hệ thống là tập hợp các thành phần cấu tạo, thành phần riêng lẻ có quan hệ

và tác dụng qua lại với nhau Tính chất của hệ thống khác với tổng tính chất của các thành phần

-Hệ thống nằm trong môi trường, chịu sự tác động của môi trường và tác động lên môi trường Để mô tả hệ thống người ta sử dụng mô hình thay thế cho hệ thống

để nghiện cứ

- Phân tích hệ thống vừa là nghệ thuật vừa là khoa học nhằm xác định sẽ làm gì

và làm như thế nào khi xử lý số liệu đạt được kết quả Phương pháp phân tích hệ thống cho phép xem xét tổ hợp các yếu tố, khắc họa các đối tượng nghiên cứu, tìm kiếm phương pháp tác động lên các yếu tố Nên nhớ các yếu tố không phải đều có vai trò quan trọng như nhau

-Trước khi xây dựng công trình người thiết kế phải xem xét nó từ nhiều góc độ khác nhau, cố gắng nhìn thấy những gì người ta ko nhìn thấy Trong đó người thiết kế phải nhận thấy cái chính, cái chủ yếu, cái cơ bản, cái có lợi, cái có triển vọng tương lai-Đây là mục đích, lập trường của phương pháp hệ thống

Câu 3: Các giai đoạn trong quá trình thiết kế kĩ thuật

Quá trình thành lập bản thiết kế được bắt đầu từ việc xây dựng sơ đồ thiết kế tổng thể để giải quyết bài toán Sau đó người thiết kế sẽ tuần tự phát triển dần, hoàn thiện thiện dần, làm chính xác dần các chi tiết trong sơ đồ thiết kế tổng thể Tại thời điểm ban đầu của thiết kế người thiết kế không thể có tổng thể của công việc từ các

số liệu ban đầu NGƯỜI THIẾT KẾ có thể bắt đầu quá trình thiết kế từ việc xây dựng

sơ đồ bố trí các chi tiết, sau đó sẽ đưa dần đến sơ đồ thiết kế tổng thể giống như bài toán kĩ thuật, quá trình thiết kế cũng bao gồm nhiều bước:

- Bước 1: Thiết kế mối quan hệ giữa công trình thiết kế với sơ đồ quy hoạch

phát triển tổng thể của ngành và chuẩn bị tài liệu cho thiết kế

- Bước 2: Nghiên cứu tài liệu và báo cáo tiền khả thi để lập mô hình tổng thể

chuẩn bị dữ liệu để lựa chọn mặt bằng xây dựng Xây dựng ý tưởng cho lời giải bài toán thiết kế dưới dạng sơ đồ xây dựng, sơ đồ giải pháp kĩ thuật

- Bước 3: Chọn mặt bằng xây dựng, kí các hợp đồng khảo sát tư vấn thiết kế,

chuẩn bị nhiệm vụ thiết kế cho bên chủ quản xây dựng, lập dự toán, phân chia kinh phí thiết kế cho các đơn vị liên quan, chuẩn bị hợp đồng thiết kế

- Bước 4: Phân chia các yêu cầu, nhiệm vụ thiết kế cho các đơn vị tham gia thiết

kế, thường thì các đơn vị thiết kế sẽ lập kế hoạch để thực hiện cho riêng mình

và các đơn vị lập các phương án khác nhau sau đó lựa chọn phương án tốt nhất Từ đây lập công nghệ chi tiết cho bản thiết kế

- Bước 5: Nghiệm thu, thông qua từng phần hoặc toàn bộ bản thiết kế tại hội

đồng của đơn vị thiết kế

- Bước 6: Chuyển bản thiết kế cho bên giám định kĩ thuật, xác định các vấn đề

cần chỉnh sửa hoặc bổ sung Sau đó bản thiết kế được trả lại cho đơn vị thiết

kế để chỉnh lý và sửa chữa

Câu 4: Các tài liệu gốc cho việc giải quyết bài toán kĩ thuật

Bao gồm : Sơ đồ quan hệ phát triển tổng thể cho ngành, báo cáo tiền khả thi, báo cáo khả thi làm cơ sở cho thiết kế, xây dựng công trình đã được thông qua Các tài liệu khảo sát thiết kế, địa chất thủy văn, địa chất công trình, điều kiện khu vực công trình xây dựng

Các tài liệu khoa học kĩ thuật v v liên quan đến công trình thiết kế, tài liệu lựa chọn mặt bằng xây dựng, tháo khô mặt bằng, mạng lưới giao thông Trong đó các tài liệu liên quan đến công tác khảo sát kĩ thuật có vai trò quan trọng nhất

Có những quyết định để lựa chọn thông số cấu tạo và phương pháp thiết kế công trình Việc xác đinh không chuẩn xác sử dụng không hợp lý 1 thông số đầu vào nào đó sẽ rất nguy hiểm cho giai đoạn thiết kế và giai đoạn sử dụng công trình

Đối với công trình cần phải khảo sát các công tác cơ bản sau:

- Công tác khảo sát trắc địa kĩ thuật: Xác định mạng lưới trắc địa kĩ thuật trên

mạng lưới trắc dọc mặt bằng, xây dựng đo vẽ bản đồ trắc địa địa hình, xây

dựng bản đồ mạng lưới kĩ thuật cho các hệ thống thông tin liên lạc, năng lực giao thông thoát nước, cấp nước, mạng lưới các đường ống dẫn cáp dẫn khác nhau

- Công tác khảo sát địa chất kĩ thuật bao gồm: Cấu tạo địa chất, các đặc điểm

kiến tạo, thành phần vật chất của đất đá Các điều kiện địa chất thủy văn, địa chất công trình, các hiện tượng địa vật lý có hại, dự báo sự biến đổi các điều kiện xây dựng, sử dụng công trình trong không gian và thời gian

- Công tác khảo sát khí tượng thủy văn: Điều kiện thủy văn khu vực xây dựng,

các tài liệu dự báo về thay đổi điều kiện khí hậu, môi trường

- Công tác khảo sát nguồn cung cấp: Vật tư, vật liệu, nguồn nước mặt, nước

ngầm, đặc điểm vệ sinh khu vực xây dựng

Câu 5: Phương pháp tìm kiếm giải pháp thiết kế cho bài toán kĩ thuật

Sau khi xác định được bài toán thiết kế (xác định mục tiêu, rút ra kết luận cần thiết từ các tài liệu ban đầu) Người thiết kế phải hình thành ý niệm, kĩ thuật để giải quyết bài toán dưới dạng sơ đồ nguyên tắc, sản lượng của công trình

Quá trình hình thành ý niệm cho lời giải thuộc lĩnh vực tư duy sáng tạo và là phần rất quan trọng của bài toán thiết kế

Kết quả của bài toán được xác định bằng năng lực của người thiết kế, được thể hiện thông qua hình 5.1

Hình 5.1: Sơ đồ tìm kiếm giải pháp

Tại đây mô tả một tập hợp trong không gian mô tả nhiều lời giải cho một bài toán Mỗi giải pháp được thể hiện bằng 1 điểm, độ lớn của điểm thể hiện mức độ quý

báu của giải pháp Điểm gần nhau thì gần giống nhau về bản chất Càng xa thì khác nhau về bản chất Quá trình tìm kiếm thường bắt đầu từ một giải pháp nào đó (điểm A) Từ đây, người thiết kế theo một thuật toán phương pháp sẽ chuyển dịch dần từ điểm này sang điểm khác, từ giải pháp có thể này sang giải pháp có thể khác tốt hơn theo một tiêu chuẩn nào đó Việc lựa chọn thuật toán phương pháp tìm kiếm cụ thể

sẽ làm cho người thiết kế bỏ qua nhiều giải pháp Người thiết kế chỉ có thể tìm kiếm các giải pháp trong vùng giới hạn giao thoa bởi 3 vùng:

1 Vùng năng lực hiểu biết chủ quan của người thiết kế.

2 Xuất hiện do sự xuất hiện các điều kiện biên giả tạo Người thiết kế vô tình bỏ qua nhiều giải pháp tốt một cách thiếu cơ sở Khi tìm kiếm giải pháp, người thiết kế không sử dụng tối đa năng lực của mình, chỉ giới hạn tìm kiếm trong khu vực lân cận.

3 Vùng giới hạn thiết kế bởi các điều kiện biên từ các điều kiện cho trước.

Sau khi bắt đầu từ giải pháp A, bằng các giải pháp nào đấy, người thiết kế chuyển dịch dần trong không gian chứa giải pháp có thể tìm (cùng giao thoa 1 - 2 - 3)

Phương pháp tìm kiếm đã chọn giúp cho người thiết kế trên mỗi bước tìm kiếm sẽ đạt được lời giải tốt hơn Tới thời điểm hết thời gian, kinh phí tìm kiếm người thiết kế tìm được lời giải M nào đs và đây sẽ là lời giải khả dĩ nhất với người thiết kế Tuy nhiên, đây chưa hẳn là lời giải tốt nhất cho bài toán vì lý do người thiết kế không

thể tìm được những lời giải đó và phải luôn tâm niệm: “Hiện nay tồn tại nhiều lời

giải tốt hơn so với những gì anh ta có” Trong quá trình tìm kiếm giải pháp, người

thiết kế cần suy nghĩ rộng hơn, không nên gắn bó với những giải pháp quá cụ thể Tránh giải pháp vội vàng, cần tìm các giải pháp mới về nguyên tắc khác với giải pháp

cũ Không nên thỏa mãn với các giải pháp nhanh chóng, dễ thấy, dễ tìm

Câu 6: Sử dụng tính sáng tạo và vấn đề thắng sức ỳ tâm lý trong giải quyết bài toán kĩ thuật

 Sáng tạo

Sáng tạo hay tính sáng tạo là 1 hoạt động mang lại các sản phẩm mới Lần đầu tiên, mang tính độc đáo, có ý nghĩa kinh tế xã hội to lớn

Cơ sở tính sáng tạo cũng là tạo ra sáng kiến mới, ý niệm chưa có trên nền tảng quá khứ Đây là kết quả hoạt động suy nghĩ

Trong quá trình suy nghĩ ý tưởng sáng tạo người ta sử dụng các phương pháp sau: Phương pháp phân tích, phương pháp kết hợp

- Phương pháp phân tích: Quá trình phân chia vật thể, nhấn mạnh các đặc tính,

các đặc điểm đặc trưng của chúng để tưởng tượng về vật thể 1 cách tốt hơn,

rõ hơn, sáng tạo hơn

- Phương pháp kết hợp: Quá trình tưởng tượng kết hợp các đặc tính, các mặt

đặc trưng, các tính chất của vật thể, nhiều vật thể vào 1 cái cụ thể mới mang tính độc thể

“Chính khả năng suy nghĩ mang lại cho con người khả năng sáng tạo”

Quá trình sáng tạo có thể phân chia giai đoạn:

- Giai đoạn chuẩn bị theo giải pháp: Tại đây NGƯỜI THIẾT KẾ tích lũy, hoàn

thiện năng lực sáng tạo, hình thành ý niệm kĩ thuật

- Giai đoạn tập trung sức lực, khả năng lao động, kiên trì, tập trung giải pháp.

- Giai đoạn tạm nghỉ: NGƯỜI THIẾT KẾ tạm thời dừng lao động trí óc.

- Giai đoạn bừng tỉnh khoa học: Giai đoạn này NGƯỜI THIẾT KẾ tìm ra giải

pháp

- Giai đoạn đưa công việc đến kết quả cuối: Tổng hợp đánh giá và đưa ra kết

quả, lặp đi lặp lại theo một chu kỳ nào đó cho từng phần hay toàn bộ quá trình

Việc đánh giá không đúng 1 giai đoạn nào đó sẽ ảnh hưởng tới toàn bộ quá trình Không dạy phát minh mà chiir đưa quá trình phát minh vào hệ thống cụ thể

 Sức ỳ tâm lý

Sức ỳ tâm lý là một thuộc tính của con người, hướng về một hình tượng nào

đó của tư duy đã có sẵn Khi tiến hành giải quyết một vấn đề nào đó nghĩa là: “sức ỳ

tâm lý chính là sự cố gắng của NGƯỜI THIẾT KẾ đi theo 1 con đường, 1 phương pháp, 1 cách thức đã được đi trc đó, được tìm ra trước đó 1 cách nhàu nát” Tuy

nhiên tại đây không được loại bỏ những giá trị tốt nhất của quá khứ Vấn đề là không giới hạn, lời giải, ý nghĩa ở giai đoạn đầu tiên của thiết kế phải loại bỏ sức ỳ tâm lý

Câu 7: Phương pháp sáng tạo tập thể và phương pháp đảo ngược trong việc tìm kiếm giải pháp thiết kế

 Phương pháp sáng tạo tập thể

Phương pháp sáng tạo tập thể hay còn gọi là phương pháp “tập kích não” Là

phương pháp tìm kiếm giải pháp bằng nhóm các nhà khoa học có chuyên môn khác nhau, đây là phương pháp sáng tạo tập thể có hiệu quả khi tìm kiếm giải pháp kĩ thuật mới

Bản chất của phương pháp: Một nhóm chuyên gia tập hợp để giải quyết vấn

đề Trước nhóm đặt ra vấn đề và các yêu cầu để giải quyết bài toán sau đó bắt đầu

chuẩn bị tự do trao đổi ý kiến, đề xuất ý kiến và phương pháp giải quyết bài toán Trong quá trình trao đổi các nhà khoa học phải tuân thủ các yêu cầu sau:

- Tuyệt đối không được phê phán, chỉ trích, đánh giá ý kiến bất kì của thành viên bất kì trong nhóm

- Nhóm phương pháp cố gắng đề xuất một số lượng lớn các ý niệm, ý tưởng khoa học để giải quyết bài toán, một ý kiến này có thể là nền tảng để phát triển nhiều ý tưởng khác

- Cần phải bảo đảm tự do tuyệt đối cho các nhà khoa học trong quá trình trình bày, thể hiện ý định, ý tưởng của mình trước nhóm Họ không phải lo nghĩ về việc các đề xuất của mình có đúng hay sai, có được sử dụng trong thực tế hay không

- Sau khi 1 số phương pháp, ý tưởng được đề xuất quá trình “tập kịch não”

được dừng lại, các ý tưởng của các nhà khoa học vừa đề xuất sẽ được chuyển giao cho các chuyên gia sâu về bài toán để lựa chọn một số nhỏ các giải pháp mang tính khả thi để nghiên cứu đưa vào sử dụng

 Phương pháp đảo ngược

Sử dụng với bản chất: người thiết kế nhớ lại, sử dụng lại những phương pháp kinh điển sau tiến hành theo trình tự ngược lại từng phần hay toàn phần theo không gian và thời gian Thay đổi hướng, vị trí, thứ tự thực hiện của 1 cái gì đó xưa cũ

Câu 8: Các giai đoạn phân tích kỹ thuật

Sau khi tìm ra lượng lớn các giải pháp kĩ thuật cho bài toán thiết kế người thiết

kế tiến hành chọn giải pháp tốt nhất Thường chỉ tìm được 1 nhóm giải pháp tốt vì vậy ngay sua quá trình tìm kiếm giải pháp làm giàu thêm giải pháp, tăng thêm số lượng lời giải, NGƯỜI THIẾT KẾ phải tiến hành làm giảm phần lớn các giải pháp đã tìm được đến thời điểm tìm ra giải pháp tốt nhất Tại đây phương pháp dùng các phân tích kĩ thuật qua các giai đoạn sau:

- Giai đoạn 1: Xác định bài toán kĩ thuật sao cho các giải pháp đã có có thể so

sánh được bằng các đại lượng đo được hoặc tính toán được

- Giai đoạn 2: Mô hình hóa bài toán kĩ thuật: Bài toán thiết kế đc xem xét bằng

cách sao cho nó có thể phù hợp với nhiều ý định, ý tưởng, có thể dễ dàng thay đổi đầu vào, dễ dàng nhận được kết quả đầu ra, dễ dàng so sánh, đánh giá

- Giai đoạn 3: Mô hình thay thế

Thay đổi điều kiện bài toán, đánh giá so sánh các kết quả đầu ra nhằm tìm kiếm kết quả tốt nhất